基本信息
- 项目名称：
- 固体废弃物微硅粉合成导电复合材料的应用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 该作品涉及的主要原料之一的微硅粉是固体废弃物，利用其特殊的理化性能，在其颗粒表面包覆导电高分子聚吡咯，合成了具有良好导电网络搭接结构聚吡咯/微硅粉导电复合材料，这为固体废弃物资源化及导电复合材料研究领域中提供了有意义的研究实例，此研究思路尚未见报道，具有一定的实际应用价值和现实意义。
- 详细介绍：
- 导电聚合物是20世纪70年代发展起来的一个新的研究领域，因其独特的性能而广泛应用在电化学、电极材料、光学、生物技术以及导电材料等方面。在众多导电聚合物中，聚吡咯由于具有典型的刚性共轭大π键结构而表现出良好的导电性、环境稳定性、光电性和热电性等性能，被广泛应用。但是，由于聚吡咯不溶不熔、加工性能较差，限制了其在实际中的广泛应用。因此，将无机粒子加入到导电聚吡咯中制备复合材料，一方面解决了导电聚吡咯的加工及成型性问题，另一方面可将高分子自身的导电性与纳米颗粒的功能性聚于一体，提高导电聚吡咯的电导率，同时热稳定性和机械延展性也得到提高，而且还可获得其它的功能特性。 微硅粉属于纳米—微米级无机非金属材料，由于具有优良的理化性能，可以广泛用于建筑、化工、冶金等行业。在国外，对微硅粉的应用研究比较系统，从回收、存贮、运输、使用到机理研究，均作了大量的工作，而我国开始利用微硅粉的时间较晚，由于在微硅粉的提纯、加密以及综合利用方面开发力度不够，在一定程度上影响了微硅粉回收的经济效益。 本作品提出利用微硅粉的表面活性，采用化学氧化聚合法合成聚吡咯/微硅粉导电复合材料，在非结晶相无定形圆球状微硅粉颗粒表面包覆导电高分子聚吡咯，并形成良好的导电网络搭接结构，使得到的聚吡咯/微硅粉导电复合材料具有良好的导电性、热稳定性。这将为导电复合材料研究领域中提供有意义的研究实例，此研究思路尚未见报道，具有一定的学术价值和科学意义。 微硅粉应用研究项目符合国家产业化政策，属国家大力扶持发展的废物资源化项目，可利用本地充分的资源优势，增值创收，国内国际两大市场前景广阔，具有很大的经济效益和广泛的社会效益。据统计，仅甘肃嘉峪关地区每年硅铁生产近二十多万吨，微硅粉排放近7万吨之多，本项目的实施将会减少其向环境的烟尘排放。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本作品采用化学氧化聚合法合成聚吡咯/微硅粉导电复合材料，研究了其导电性能，并对其内部结构结进行测试分析与表征。结果表明，在非结晶相无定形圆球状微硅粉颗粒表面包覆了导电高分子聚咯，并且形成网络搭接结构，因此，聚吡咯/微硅粉导电复合材料具有良好的导电性。
科学性、先进性及独特之处
- 本作品的科学性：利用固体废弃物微硅粉良好的表面活性与导电聚合物采用原位聚合的方法，形成具有核壳式结构的聚吡咯/微硅粉导电复合材料。 本作品的先进性：利用固体废弃物的微硅粉的表面活性与聚吡咯的原位聚合有机的结合起来，形成良好导电网络搭接结构的导电复合材料。合成的复合材料具有一定的导电性，制备方法简单。 本作品的独特之处：研究成果将为微硅粉的高值化研究开拓一条途径。
应用价值和现实意义
- 微硅粉是固体废弃物，属于纳米—微米级无机非金属材料，具有优良的理化性能。国外对微硅粉的应用研究比较系统，我国开始利用微硅粉的时间较晚。本作品利用微硅粉的表面活性采用化学氧化聚合法合成聚吡咯/微硅粉导电复合材料，在微硅粉颗粒表面包覆导电高分子聚吡咯并形成导电网络搭接结构，得到的聚吡咯/微硅粉导电复合材料具有良好的导电性、热稳定性。此研究思路尚未见报道，具有一定的实际应用价值和现实意义。
学术论文摘要
- 以FeCl3•6H2O为氧化剂，氨基磺酸为掺杂剂，通过化学氧化聚合法，制备出聚吡咯/微硅粉(Micro-silica )导电复合材料（PPy/SiO2），并采用IR、XRD、TG、TEM和SEM等表征方法对所得的复合材料进行了表征。研究结果表明，在n(Py)︰n(FeCl3•6H2O)︰n(SA)=1︰1︰0.5的条件下，随着微硅粉质量的增加，复合材料的电导率呈规律性变化，当微硅粉的用量为10%时，电导率达到最大值2.9 S•cm-1。由SEM和TEM图可知，在非结晶相无定形圆球状微硅粉颗粒表面包覆了导电高分子聚吡咯，并且形成网络搭接结构，因此，使得到的聚吡咯/微硅粉导电复合材料具有良好的导电性。
获奖情况
- 尚未发表
鉴定结果
- 尚未发表
参考文献
- [1] Stoll Jean-Mare A,UlriehM M,GigerW.Dyamic behavior of fluorescent whitening agents in greifensee:Field measurements combined with mathematical modeling of sedimentation and photolysis[J].Environmental Science &Technology,1998,32(13):1875-1881. [2]翟凤瑞.硅粉的形成及应用前景[J].中国资源综合利用,2003(8):31-34. [3]Ali Olad,Azam Rashidzadeh.Preparation and anticorrosive propertise of PANI/Na-MMT and PANI/O-MMT nanocomposites[J].Progress in Organic Coatings,2008,62:293-298. [4]Tongjie Yao,Quan Lin,Kai Zhang,Dengfeng Zhao,Hui Lv,Junhu Zhang,Bai Yang.Preparation of SiO2@polystyrene@polypyrrole sandwich composites and hollow polypyrrole capsules with movable SiO2 spheres insideJournal of Colloid and Interface Science 2007,315:434–438. [5]莫尊理,左丹丹,陈红,孙银霞,张平.纳米石墨薄片/聚吡咯复合材料的制备及导电性能[J].无机化学学报,2007,23(2):265-269. [6]Li Wei,Qi Chen,Yingjun Gu.Effects of content of polyaniline doped with dodecylbenzene sulfonic acid on transparent PANI-SiO2 hybrid conducting films[J].Synthetic Metals,2010,160:405-408.
同类课题研究水平概述
- 目前，国内外大量研究表明，导电聚合物广泛应用在电化学、电极材料、光学、生物技术以及导电材料等方面。其中，聚吡咯由于具有典型的刚性共轭大π键结构而表现出良好的导电性、环境稳定性、光电性、热电性、并且具有电导率可调、易于制备和掺杂、可以方便的沉积在各种基片上、可与其它功能材料共聚和复合、可在常温或低温下使用等优点，但由于聚吡咯不溶不熔、加工性能较差，限制了其在实际中的广泛应用。因此，将无机粒子加入到导电聚吡咯中制备复合材料，一方面解决了导电聚吡咯的加工及成型性问题，另一方面可将高分子自身的导电性与纳米颗粒的功能性聚于一体，提高导电聚吡咯的电导率，同时热稳定性和机械延展性也得到提高，而且还可获得其它的功能特性。 微硅粉是在炭热还原电炉内生产硅铁和金属硅时，产生大量挥发性很强的SiO2和Si气体与空气迅速氧化并冷凝而成的固体废弃物，由于微硅粉含有SiO2及一些杂质致使微硅粉颜色较深，大大限制了它的应用。 本文基于微硅粉良好的表面特性及球形特点，研究其与导电聚合物形成的复合材料，得到具有良好导电性的聚吡咯/微硅粉导电复合材料，这将为微硅粉的高值化研究开拓一条途径，此类研究鲜见报道。
