云南师大李明教授课题组在碳基亲水性材料研究获进展

近日，云南师范大学李明教授课题组在Chemical Engineering Journal（影响因子10.652）上发表了题为“Surface modification of activated carbon fiber by low-temperature oxygen plasma: Textural property, surface chemistry, and the effect of water vapor adsorption”的研究论文。该文以云南师范大学太阳能研究所为第一通讯单位，黄耀炜硕士研究生为第一作者，余琼粉副教授为通讯作者。

空气取水被认为是解决全球水资源短缺的重要方法之一。然而，世界上大多数干燥地区的环境空气相对湿度（RH）较低（甚至低至20%RH）。这也促使研究人员努力开发更具成本效益的吸附剂，以便促进空气取水系统在较低的RH下正常工作。等离子体处理的机制是一个相当复杂的过程，因为等离子体中存在许多高活性物种（如：自由基、离子和亚稳态粒子）。因此，等离子体处理可以极大地影响碳材料表面的物理化学性质（如：表面形貌、孔结构和官能团）。同时，等离子体处理使碳表面活性显著增强，这可能进一步增加了其水蒸气吸附的复杂性。结合低温等离子体操作简便、环境友好与碳材料孔结构性能优异、表面化学灵活可调等优点，本工作研究人员研究了低温氧等离子体（LTOP）改性对活性碳纤维水蒸气吸附效果和机理的分析。

本研究首先通过低温氧等离子体对黏胶基活性炭纤维进行了不同处理时间和输出电压下的改性处理，通过XPS、FT-IR、TG/DTG和N2吸附-脱附等温线等表征技术探究了低温氧等离子体改性对黏胶基活性炭纤维表面物化性质的影响；通过水蒸气吸附动力学测试、水蒸吸附-脱附等温线测试及其循环测试和水蒸气循环吸附与再生分析了改性前后样品水蒸气吸附性能的变化，并通过多次水蒸气吸附-脱附等温线测试，评估了改性后样品表面带有未配对电子的碳原子的含量，并结合前人研究，提出了低温等氧等离子体改性碳材料及其水蒸气吸附机理。

该工作重点揭示了等离子体改性后碳材料表面亲水性提升的机制及其在空气取水方面的应用前景，采用多种物理化学表征手段和系统性实验研究揭示了LTOP改性后样品的水蒸气吸附机制，这为开发高亲水性炭基吸附剂提供了一定的理论支撑，同时亲水性碳材料在太阳能干燥与固体吸附除湿回热耦合系统中也就较好的应用前景。

太阳能热工实验室研究团队（李明教授课题组）为西部高原地区太阳能有效利用及可持续开发研究教育部创新团队、云南省可再生能源研究创新团队，本团队主要从事太阳能光伏光热利用的基础理论和应用技术研究，在太阳能槽式聚光集热利用综合系统集成研究、太阳能制冷、光伏热泵空调及农产品干燥开发利用、碳材料开发及应用、光伏发电系统的并网、控制与保护关键技术研究方面做了大量的研究工作，取得了一定的科研成果，为服务地方经济做出了一定贡献。现有成员8名，其中教授3名，副教授2名。云南省中青年学术与技术带头人2人，新世纪百千万人才工程国家级人选1人，云南省“万人计划”-“云岭学者”1人，云南省“万人计划”-“青年拔尖人才”2人。

来源：云南师范大学

论文链接

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.129474

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