棉纖維在亞臨界水液中炭化形成炭微球

史　晟，　戴晉明，　侯文生，　張永芳，　王淑花，　陳旭紅

(1.太原理工大學 材料科學與工程學院， 山西 太原030024；2.太原理工大學 輕紡工程學院， 山西 晉中030600)

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棉纖維在亞臨界水液中炭化形成炭微球

史晟1,2，戴晉明1,2，侯文生2，張永芳1,2，王淑花1,2，陳旭紅2

(1.太原理工大學 材料科學與工程學院， 山西 太原030024；2.太原理工大學 輕紡工程學院， 山西 晉中030600)

摘要：為了尋找一種廢舊棉纖維的高效再利用方法，從棉纖維的化學結構著手，結合亞臨界水的特殊性質，采用水熱法使棉纖維炭化生成附加值較高的炭微球。探討棉纖維在亞臨界水中炭化成球的最優條件，并分析棉纖維炭化的反應過程及水熱產物的表面物理結構和微觀化學組成。結果表明，棉纖維在280 ℃，10 h，20 g/L條件下，炭微球的形貌最佳，含碳量達到74.99%，粒徑為0.8～3 μm。水熱產物主要以無定形碳結構形式存在，且含有大量的芳香環結構和脂肪族基團，具有較強的親水性，表面C/O質量比高于水熱產物平均C/O質量比。棉纖維的炭化主要是經水解，裂解，聚合、凝結、芳香化、膠體作用而形成。

關鍵詞：廢舊棉纖維； 亞臨界水液； 回收利用； 炭化； 炭微球

1前言

在紡織纖維中，棉纖維是產量最大的天然纖維，每年2 400多萬噸被消費掉的棉紡織品幾乎全部被當作垃圾掩埋或焚燒，回收利用迫在眉睫。棉纖維主要由纖維素、半纖維素、蠟質、脂肪、灰分等物質組成的，其中纖維素含量約占90%～94%，是含碳量最高的天然高分子化合物。由于棉纖維的聚合度高(6 000～15 000)，分子中所含的羥基大多被包羅于氫鍵之中，使得纖維素大分子之間的氫鍵力非常大，造成棉纖維極難脫水或降解[1]。……