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碳纤维是高科技新型化工材料中的潜力股,因其优越的性质被广泛应用于军工、航天航空、储能及电极材料等众多工业领域。但是目前工业化的碳纤维原料价格较昂贵,由原料制备成前躯体的工艺相对冗长,前驱体生产占据整个碳纤维生产成本的1/4。因此,找到一种低成本的原料以及相对简单经济的高品质碳纤维制备方法十分重要。作者团队前期提出了一种农林废弃物热溶富碳提质分离方法,此方法能有效的对农林废弃物进行脱氧脱灰提质萃取,且获得的萃取产物具有良好的热塑性,碳含量较高,富含较多的芳香结构,且几乎无灰,其理化特性与碳纤维用沥青相似,且制备方法比碳纤维用沥青更加简单。因此本研究首次采用农林废弃物热溶富碳萃取物制备碳纤维。具体内容如下:首先,对农林废弃物热溶富碳制备碳纤维前驱体。采用典型的农林废弃物,通过调控热溶富碳反应条件,定向获得适合做碳纤维前驱体的萃取物。其主要产物的高分子量萃取物和低分子量萃取物的收率分别达到29%和41%,碳含量分别高达89%和85%,软化点分别为190℃~230℃和70℃~150℃。木屑在350℃、60 min的条件下获得的高分子量萃取物固定碳含量最高且达到51.72%,软化点230℃,且有较高的芳香度和较低的灰分含量。因此,选择此条件下的高分子量萃取物作为碳纤维前驱体。其次,为了提高可纺性,将高分子量萃取物中添加聚丙烯腈作为前驱体用于碳纤维制备。通过静电纺丝、预氧化和碳化后,成功制备了农林废弃物萃取物基碳纤维。碳纤维的比表面积达到了714.24 m~2/g。拉曼R值达到1.46,石墨化程度较高,碳纤维直径在169 nm~200 nm之间,属于碳纳米纤维。最后,研究了制备条件对碳纤维制备的影响规律并获得了最优操作参数。研究发现:在固定预氧化保温时间及碳化终温条件下,高分子量萃取物含量为50%的前驱体所制备碳纤维的热处理总产率最高,达到39.07%。萃取物基碳纤维的比表面积随着前驱体中高分子量萃取物的含量增加而增加。聚丙烯腈基碳纤维并不遵循这一规律。萃取物基碳纤维的碳化产率随着预氧化保温时间的增加而先增加后减小。比表面积随着预氧化保温时间的增加先增加后减少。随着碳化终温的升高,碳纤维比表面积大幅增加,同时产率下降,碳纤维的拉曼R值减小,纤维的石墨化程度增加。碳纤维的氮吸附模型均为微孔模型,纤维的平均孔径分布在1.79 nm~2.16 nm之间。几乎所有碳纤维为柔性。随着前驱体中高分子量萃取物含量的增加,碳纤维逐渐从直径粗细均匀的结构转变为哑铃形结构,此时的碳纤维易断裂。通过调节前驱体中高分子量萃取物的比例、预氧化保温时间及碳化终温,获得品质最佳的碳纤维的条件是:添加50%聚丙烯腈的高分子量萃取物为前驱体、预氧化时间为120 min、碳化温度为1000℃。在无活化的情况下,萃取物基碳纤维的比表面积高达1381.60 m~2/g,比容积达317.43 cm~3/g。纤维直径在127 nm~169 nm之间,属于碳纳米纤维,其表面孔隙主要为微孔结构,平均孔径为1.90 nm,拉曼R值低至1.11,石墨化程度高。综上所述,本文证实农林废弃物热溶富碳萃取物制备碳纤维是一种原料廉价易得,制备过程相对简单的高品质碳纤维制备方法,制备的碳纤维属于碳纳米纤维,可应用于制备超级电容器的电极材料、催化反应的载体及燃料电池的储氢材料等。