超重力法化學氧化聚合制備納米聚苯胺的研究.pdf

1、聚苯胺是一種典型的本征型導電聚合物,它具有合成簡便、原料廉價易得、結構多樣化、可逆的摻雜／脫摻雜性能、可逆的氧化／還原性能以及良好的導電性能等優點,受到了人們的廣泛關注。納米聚苯胺可以將納米材料所具有的尺寸效應、表面效應以及量子效應等特殊的物理化學性能引入到導電聚苯胺中,使其集導電性與納米材料的功能性與一體,因而具有非常廣闊的應用前景。
　　 超重力技術是一種新型的化工過程強化技術,能夠極大的強化多相流體之間的傳質和微觀混合。旋

2、轉填充床(RPB)是一種常見的超重力設備,并且已經成功應用于多種納米粉體材料的超重力法制備。超重力法制備納米粉體材料具有反應時間短、產品粒徑小、粒徑分布窄、成本低以及放大效應小,易于工業化等優點。
　　 本文在快速混合法的基礎上,創新地提出了利用超重力技術通過化學氧化聚合反應制備納米聚苯胺的方法,成功地制備出了納米纖維形貌和納米顆粒形貌的聚苯胺產品,并研究了制備過程中納米聚苯胺的形成機理、影響因素及應用性能。全文主要研究內容如下

3、:
　　 1.分別采用快速混合法和超重力法以溶液化學氧化聚合反應制備了聚苯胺納米結構,并提出了兩種不同的超重力法制備納米聚苯胺的合成工藝:間歇工藝和循環工藝。研究表明:超重力環境對聚苯胺的成核過程有明顯的促進作用,能夠顯著地縮短反應溶液中聚苯胺的成核誘導期。超重力法間歇工藝所制備的聚苯胺為納米纖維結構,其直徑為30-50nm；超重力法循環工藝制備所得的聚苯胺為納米顆粒結構。在超重力法間歇工藝制備聚苯胺的過程中,納米聚苯胺是由開始

4、的顆粒結構逐漸生長為一維納米纖維結構,在此過程中超重力環境能夠促進反應溶液中高的過飽和度的形成,利于形成均相成核環境,利于制備形貌均一的聚苯胺納米纖維結構。超重力法可以實現在較高單體濃度(O.5mol／L)條件下制備聚苯胺納米纖維。
　　 2.研究了超重力法間歇工藝制備聚苯胺納米纖維的過程中各種影響因素對納米聚苯胺形貌和性質的影響。研究表明:在單體濃度為0.1-0.5mol／L范圍內,都可利用超重力法間歇工藝制備直徑在30-50

5、nm、表面光滑的聚苯胺納米纖維。聚苯胺納米纖維的平均直徑隨著超重力旋轉填充床超重力水平的增加而逐漸減小。較高反應溫度條件下制備的聚苯胺納米纖維的形貌明顯優于低溫條件下制備的產品。低溫條件制備的聚苯胺的摻雜水平相對較高,結晶程度也較好。高氯酸、鹽酸、硫酸及磷酸均可以作為超重力法間歇工藝制備聚苯胺納米纖維的摻雜酸,其中高氯酸和鹽酸為摻雜酸制備的聚苯胺納米纖維的形貌和性能較為優良。超重力法制備聚苯胺納米纖維最適宜的氧化劑用量范圍為單體與氧化劑

6、的摩爾比(An:APS)在4:1與2:1之間。在0-60℃條件下,超重力法制得的聚苯胺樣品的重均分子量大于20000,而且低溫條件制備的聚苯胺具有較窄的分子量分布。反應溫度為20℃時所制備的納米聚苯胺的導電性能最佳。
　　 3.研究了超重力法制備的聚苯胺納米纖維在不同介質中的分散穩定性,并研究了水體系中聚苯胺對六價鉻離子的吸附性能。研究表明:超重力法制備的聚苯胺納米纖維在水體系中的分散穩定性較好,在鹽酸和無水乙醇體系中的分散穩定