Solvent Vapour-Sensitive Activated Carbon Submicrofibres Based on Electrospun Polyacrylonitrile Fibre Mat

• Autorzy: Gliścińska E.

Identyfikatory

DOI

10.5604/12303666.1152737

Warianty tytułu

PL

Aktywne submikrowłókna węglowe na bazie elektroprzędzionej warstwy włókien poliakrylonitrylowych czułe na opary rozpuszczalników

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Precursor polyacrylonitrile submicrofibres with a diameter of about 900 nm, electrospun from polyacrylonitrile/dimethyl sulfoxide (PAN/DMSO) solution, were carbonised and chemically activated. These submicrofibres, characterised by a porous structure more developed than in the case of standard fibres, were investigated as solvent vapour sensors. Sensitivity to vapours of four different fluids: methanol, acetone, benzene & toluene at a low concentration of 200 ppm, was studied directly for fibres and for ones in a prototype textile multilayer system. In experiments the electrical conductivity of carbon fibres was utilised. The response time and sensority coefficient, indicating quantitative changes in electric resistance due to contact with the solvent vapours, were estimated. The activated carbon submicrofibres are characterised by sensitivity, a very short response time not longer than 20 s, stability, and selectivity in relation to vapours of polar and non-polar solvents. The sensitivity to vapours of polar solvents is higher than that to those of non-polar solvents.

PL

Submikrowłókna poliakrylonitrylowe o średnicy około 900 nm elektroprzędzione z roztworu poliakrylonitrylu w dimetylosulfotlenku (PAN/DMSO), zastosowane jako prekursor, były karbonizowane i aktywowane chemicznie. Aktywne submikrowłókna węglowe, charakteryzujące się bardziej rozwiniętą strukturą porowatą, niż włókna standardowe, badane były jako czujniki oparów rozpuszczalników. Czułość na działanie oparów czterech różnych płynów: metanolu, acetonu, benzenu i toluenu, o niskim stężeniu wynoszącym 200 ppm, badana była bezpośrednio dla warstwy włókien i dla prototypowego systemu wielowarstwowego zawierającego warstwę tych włókien. W przeprowadzonych eksperymentach została wykorzystana przewodność elektryczna włókien węglowych. Oszacowany został czas, po którym następuje reakcja włókien i współczynnik czułości wskazujący ilościowe zmiany rezystancji elektrycznej na skutek kontaktu włókien z oparami rozpuszczalników. Aktywne submikrowłókna węglowe wykazują czułość na obecność oparów, bardzo krótki czas reakcji nie dłuższy niż 20 s, stabilność i selektywność w stosunku do oparów rozpuszczalników polarnych i niepolarnych. Czułość na działanie oparów rozpuszczalników polarnych jest większa, niż czułość na działanie oparów rozpuszczalników niepolarnych.

Słowa kluczowe

EN

electrospinning; polyacrylonitrile; activated carbon submicrofibres; vapours; sensitivity

PL

elektroprzędziowa warstwa; poliakrylonitryl; submikrowłókna poliakrylonitrylowe; pary; wrażliwość

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Łódzki Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Fibres & Textiles in Eastern Europe
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 23, no. 4 (112)
• Strony: 96--102
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Gliścińska E.

• Center of Advanced Technologies of Human Friendly Textiles PRO HUMANO TEX, Department of Material and Commodity Sciencs and Textile Metrology, Technical University of Lodz, Łódź, Poland

Bibliografia

• 1. Lee Y-S, Im JS. Preparation of functionalised nanofibers and their applications. Ed. by Ashok Kumar, ISBN 978-953-7619-86-2, 2010, pp. 438, INTECH, Croatia, downloaded from SCIYO.COM: 121-138.
• 2. Lee KJ, Shiratori N, Lee GH, Miyawaki J, Mochida I, Yoon S-H, Jang J. Activated carbon nanofiber produced from electrospun polyacrylonitrile nanofiber as a highly efficient formaldehyde adsorbent. Carbon 2010; 48: 4248- 4255.
• 3. Oh G-Y, Ju Y-W, Kim M-Y, Jung H-R, Kim H-J, Lee W-J. Adsorption of toluene on carbon nanofibers prepared by electrospinning. Science of the Total Environment 2008; 393: 341-347.
• 4. Chronakis IS. Novel nanocomposites and nanoceramics based on polymer nanofibers using electrospinning process – A review. Journal of Materials Processing Technology 2005; 167: 283-293.
• 5. Zhu Y, Zhang JCh, Zhai J, Zheng YM, Feng L, Jiang L. Multifunctional carbon nanofibers with conductive, magnetic and superhydrophobic properties. A European Journal of Chemical Physics and Physical Chemistry 2006; 7: 336- 341.
• 6. Chung GS, Jo SM, Kim BC. Properties of carbon nanofibers prepared from electrospun polyimide. Journal of Applied Polymer Science 2005; 97: 165-170.
• 7. Liu W, Adanur S. Properties of electrospun polyacrylonitrile membranes and chemically-activated carbon nanofibers. Textile Research Journal 2010; 80: 124-134.
• 8. Sakurai H, Kitahara M, Hirata M, Sawaki T. Method for the manufacturing of fibrous activated carbon and nonwoven fabric made of same. EP Patent No.: 1666649, 2006.
• 9. Lillo-Ródenas MA, Cazorla-Amorós, Linares-Solano A. Behaviour of activated carbons with different pore size distributions and surface oxygen groups for benzene and toluene adsotption at low concentrations. Carbon 2005; 43: 1758-1767.
• 10.Ding B, Wang M, Wang X, Yu J, Sun G. Electrospun nanomaterials for ultrasensitive sensors. Materials Today 2010; 13: 16-27.
• 11.Boskovic BO, Golovko VB, Cantoro M, Kleinsorge B, Chuang ATH, Ducati C, Hofmann S, Robertson J, Johnson BFG. Low temperature synthesis of carbon nanofibre on carbon fibre matrices. Carbon 2005; 43: 2643-2648.
• 12.Zhang W-D, Zhang W-H. Carbon nanotubes as active components for gas sensors. Journal of Sensors 2009; Article ID 160698.
• 13.Wang Y, Yeow JTW. A review of carbon nanotubes-based gas sensors. Journal of Sensors 2009; ID 493904. doi:10.1155/2009/493904.
• 14.Krucińska I, Skrzetuska E, Urbaniak-Domagała W. Printing textiles with chemical sensor properties. Fibres & Textiles in Eastern Europe 2014; 22: 68- 72.
• 15.Krucińska I, Surma B, Chrzanowki M, Skrzetuska E, Puchalski M. Application of melt-blown technology in the manufacturing of a solvent vapor-sensitive, non-woven fabric composed of poly(lactic acid) loaded with multi-walled carbon nanotubes. Textile Research Journal 2013; 83: 859. DOI:10.1177/0040517512460293. http://trj.sagepub.com/content/83/8/859.
• 16.Gliścińska E, Babeł K. Preparation of activated carbon fibres from electrospun polyacrylonitrile fibre mat and characterisation of their chemical and structural properties. Fibres & Textiles in Eastern Europe 2013; 21, 3(99): 42-47.
• 17. http://www.sigmaaldrich.com/chemistry/solvents/products.html?TablePage=172 92420.
• 18.Klata E, Babeł K, Krucińska I. Preliminary investigation into carbon nanofibres for electrochemical capacitors. Fibres & Textiles in Eastern Europe 2005; 13, 1 (49): 32-34.
• 19.Cengiz F, Krucińska I, Gliścińska E, Chrzanowski M, Göktepe F. Comparative analysis of various electrospinning methods of nanofibre formation. Fibres & Textiles in Eastern Europe 2009; 17, 1(72):13-19.
• 20.Krucińska I, Gliścińska E, Chrzanowski M, Komisarczyk A. Multi-nozzle laboratory stand for electrospinning process. In: Autex 2010. 10th World Textile Conference, Vilnius, Lithuania.
• 21.Wang X, Fu X, Chung DDL. Strain sensing using carbon fiber. Journal of Materials Research 1999; 14: 790-802.
• 22.Skrzetuska E, Puchalski M, Krucińska I. Chemically driven printed textile sensors based on graphene and carbon nanotubes. Sensors 2014; 14: 16816- 16828.
• 23.http://en.wikipedia.org/wiki/Solvent. 25.02.2015.