碳納米纖維的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域

■ 張曉軍

〔塔城地區(qū)纖維檢驗(yàn)所，新疆烏蘇833000〕

碳納米纖維的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域

■ 張曉軍

〔塔城地區(qū)纖維檢驗(yàn)所，新疆烏蘇833000〕

碳納米纖維具有較大的比表面積、孔徑小、較好的吸附性能，其碳納米管、活性炭等在污水處理方面應(yīng)用較廣泛。碳納米纖維（CNFs）強(qiáng)度高、密度低、比表面積大，吸附性和導(dǎo)電性都很強(qiáng)。利用靜電紡絲技術(shù)制備的CNFs不僅有上述特點(diǎn)，經(jīng)高溫碳化制備的CNFs還具有品質(zhì)高、長徑比高等優(yōu)點(diǎn)，在各領(lǐng)域的應(yīng)用前景很廣闊。本文利用CNFs的高比表面積和強(qiáng)導(dǎo)電性制備CNFs復(fù)合納米材料，是復(fù)合納米材料的一個(gè)重要研究方向。隨著工業(yè)的發(fā)展，我們生存的環(huán)境不斷遭到破壞，如何便捷有效地治理污染成為科學(xué)界研究的重點(diǎn)方向之一。利用光催化的方法能在反應(yīng)條件較寬松的環(huán)境下把各種有機(jī)污染物還原成無機(jī)物，以此為依據(jù)的光催化技術(shù)可以直接利用太陽光并且能在室溫下完成反應(yīng)。半導(dǎo)體光催化劑價(jià)格低廉、光催化效果很好，氧化鈰（CeO2）就是其中的一種，它催化效果好、無毒無害，而且可以批量生產(chǎn)，吸引了眾多科研者的眼球。利用靜電紡絲法制備聚丙烯腈（PAN）納米纖維原絲，經(jīng)過預(yù)氧化和高溫碳化過程得到一維碳納米纖維。使用濃硝酸對CNFs的表面進(jìn)行活化處理，使纖維表面含有羧基、羥基等官能團(tuán)，為CNFs基復(fù)合納米材料的制備提供豐富的生長位點(diǎn)。將經(jīng)活化的CNFs作為模板材料，用水熱法將納米CeO2成功地與CNFs復(fù)合，制成CNFs/CeO2復(fù)合材料。論文系統(tǒng)地研究了材料制備過程的各種因素對材料的微觀結(jié)構(gòu)、形貌、尺寸的影響，并對其光催化性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，水熱合成過程的前驅(qū)體溶液濃度對復(fù)合材料體系中CeO2的負(fù)載量、尺寸、分散程度等有重要影響；復(fù)合納米材料在紫外光的照射下降解羅丹明B溶液時(shí)顯示了很好的光催化活性。由于兩者的復(fù)合，避免了納米CeO2微粒的聚集，增大了光催化劑與反應(yīng)物的接觸面積，有效提高了CeO2的光催化活性；CNFs及時(shí)將光生電子導(dǎo)走，延長了光生電子-空穴對的復(fù)合時(shí)間，極大地提高了光催化效率。這一類新型復(fù)合材料也為復(fù)合材料在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用提供了參考。

近年來，納米技術(shù)在許多學(xué)科領(lǐng)域都引起了廣泛的重視，而納米材料的制備及其應(yīng)用更是已經(jīng)成為當(dāng)前材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。靜電紡絲技術(shù)是一種簡單、有效的制備超細(xì)纖維的方法，制備纖維具有比表面積大、孔隙率高等優(yōu)點(diǎn)，許多我們期望可以通過混紡或紡絲后的后處理得到，筆者將該技術(shù)用于制備可包覆納米金屬等功能化材料的復(fù)合纖維，改善納米顆粒在水相中的團(tuán)聚性，提高反應(yīng)活性，在環(huán)境修復(fù)方面發(fā)揮重大作用。對環(huán)境修復(fù)材料而言，納米結(jié)構(gòu)材料的高表面積體積比能極大程度地提高修復(fù)材料與污染物之間的作用效率。

全球每年數(shù)百萬人因熱水、火焰或者熱油遭受燒燙傷，燒傷創(chuàng)面敷料為創(chuàng)面提供良好的愈合微環(huán)境，對于創(chuàng)面愈合起著至關(guān)重要的作用。雖然許多傷口敷料已應(yīng)用于臨床實(shí)踐中，但是很少有傷口敷料可以充分滿足創(chuàng)面愈合的多項(xiàng)要求。例如，棉花紗布敷料雖然能較好地吸收滲液，但在預(yù)防創(chuàng)面感染、促進(jìn)創(chuàng)面愈合方面并不理想。異種皮（如小豬皮）用于覆蓋創(chuàng)面，雖然有較好地促進(jìn)組織生長作用，但因其昂貴的價(jià)格難以在臨床大范圍使用。對于良好的燒傷敷料來說，如何防止創(chuàng)面感染、促進(jìn)創(chuàng)面愈合是亟待解決的關(guān)鍵問題。靜電紡絲技術(shù)（以下稱電紡）制備的納米纖維支架具有與天然細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）相似的形態(tài)特點(diǎn)：連續(xù)超細(xì)纖維、高表面