南京林业大学材料科学与工程学院, 江苏 南京 210037
碳微球作为一种新型碳材料, 具有较高的比表面积和电导率, 且表面富含羟基、 羧基、 羰基等活性基团, 这使碳微球在吸附、 催化剂载体、 电极电池等领域具有广泛的应用前景。 该研究通过水热法, 分别以生物质水解液(葡萄藤、 紫茎泽兰)、 糖(木糖、 葡萄糖、 蔗糖)为碳源制备碳微球。 使用场发射扫描电子显微镜(field emission scanning electron microscope, FE-SEM)、 衰减全反射红外光谱(attenuated total reflection fourier transform infrared spectroscopy, ATR-FTIR)和光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy, XPS)对不同碳源碳微球的表观形貌及光谱学性质进行表征。 并对红外光谱指纹特征区域(2000~800 cm-1) 的数据进行自动基线校正、 自动平滑、 归一化等处理, 对处理后主要官能团的光谱数据进行主成分分析(principal component analysis, PCA), 以探究不同碳源碳微球之间光谱学特性的差异。 研究结果表明: 碳微球得率、 粒径分布与碳源种类相关。 糖源碳微球粒径分布规律为蔗糖>葡萄糖>木糖, 粒径分布在0.3~1.6 μm之间; 生物质源碳微球为紫茎泽兰>葡萄藤, 粒径分布在0.1~0.6 μm。 红外光谱显示, 生物质和糖源在碳化过程中均发生了脱水、 脱羧、 芳构化以及缩合反应, 不同碳源制备的碳微球均含有芳香环结构; 此外, 碳微球表面存在O—H和CHO等含氧官能团。 在主成分分析中, 第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)代表了83.1%的指纹区变量信息, 能够反映原始光谱的主要信息。 在主成分得分图中, 不同碳源碳微球的分布相对独立, 说明碳微球在化学组成上有明显的差异性。 因此, 光谱学特性上的差异可作为鉴别和分类不同碳源制备碳微球的主要依据, 研究结果为进一步探讨和不同碳源碳微球的光谱学特性提供理论依据和研究基础。
水热法 糖 生物质 碳微球 主成分分析 Hydrothermal carbonization Saccharides Biomass Carbon microsphere ATR-FTIR Principal component analysis ATR-FTIR 光谱学与光谱分析
2020, 40(10): 3153
1 南京林业大学材料科学与工程学院, 江苏 南京 210037
2 江苏省交通技师学院, 江苏 镇江 212006
3 Faculty of Science, Melbourne University, Melbourne, Victoria, Australia
4 中国矿业大学化工学院, 江苏 徐州 221116
以春季漫天飘飞的杨絮/柳絮为研究对象, 将其与棉花/蚕丝天然纤维的微观结构进行比较研究, 分别用体视显微镜、 扫描电镜观测其形貌; 用溴化钾压片法及全反射（ATR）测定FTIR光谱。 分析研究其形貌及微观结构, 实验结果表明: 杨絮/柳絮与棉花/蚕丝天然纤维形貌有显著差异—棉花纤维较粗、 且具有优良的拉伸性能, 而杨絮、 柳絮纤维则较短, 拉伸性能比较差; FTIR光谱比较分析, 发现棉花与杨絮、 柳絮的主要化学结构都是纤维素, 但是棉花纤维中氢键结合的羟基（—OH）伸缩振动吸收峰吸收强度明显大于杨絮, 这也是导致棉花纤维长、 纤维拉伸性能优于杨絮、 柳絮的因素之一; 蚕丝纤维与棉花、 杨絮柳絮这些植物纤维不同, 它的主要结构为酰胺结构。 它们微观结构的差异决定了这些纤维不同的性能和用途。
杨/柳絮 天然纤维 微观结构 Flocculant/catkin Natural fiber Microscopic structure FTIR FTIR
