木质素作为自然界中唯一含有苯环结构的可再生生物资源,储量丰富,含碳量高。目前木质素的应用主要集中在一些低值化的领域,比如燃料、水泥和陶瓷等行业。随着化石能源的日渐短缺,对木质素的高值化利用逐渐得到各研究学者的关注,其重要的一个应用是作为碳纤维的制备原料。碳纳米纤维不仅具有碳纤维优异的综合性能,同时也具有孔隙率高、比表面积大等优点,在过滤材料、吸附材料、储氢材料等领域都有着较好的应用。目前大多数碳纳米纤维是通过对聚丙烯腈(PAN)进行静电纺丝制备得到,静电纺丝也是唯一一种能连续制备纳米级纤维的纺丝工艺。本文以剑麻木质素及PAN为原料,设计优化了静电纺丝设备,并利用静电纺丝制备了聚丙烯腈/木质素复合纳米纤维,对聚丙烯腈/木质素复合纳米纤维进行预氧化及碳化处理,得到了聚丙烯腈/木质素复合基碳纳米纤维。主要研究内容及结果如下:1)采用高温碱煮法在最佳工艺条件:用碱量17%,硫化度20%,蒸煮温度160℃下从剑麻中提取了木质素并进行了改性处理,分析了木质素的结构性能及对木质素进行了静电纺丝试验。实验结果表明木质素的主要组成结构单元为紫丁香基型与愈创木基型结构单元,其热失重主要发生在200~450℃,最大的失重温度为341℃,最终的残碳量可达到46%,且木质素较难独自进行静电纺丝。2)通过对静电纺丝原理的掌握,设计优化了静电纺丝装置,并对电场强度进行了模拟仿真;利用静电纺丝技术成型PAN,探讨了静电纺丝工艺参数对纤维形貌直径的影响,找到了能形成良好纤维形貌的纺丝条件:溶液浓度为8%~14%,纺丝电压为9kV~18kV,纺丝距离为12cm~18cm,得到最小纤维直径的纺丝工艺条件为:溶液浓度为10%,纺丝电压为15kV,纺丝距离为16cm,纤维平均直径可达到237nm。3)通过静电纺丝技术制备了聚丙烯腈/木质素复合纳米纤维,探讨了木质素及其改性对聚丙烯腈/木质素复合纳米纤维的影响。实验结果表明,木质素的增加会增强溶液电导率,影响共混溶液可纺性,降低纤维平均直径,损失纤维形貌,削弱纤维热力学性能。而木质素经过改性后,聚丙烯腈/木质素复合纤维的形貌特征及热力学性能都得到一定程度提升,有利于木质素的利用,及高孔隙率和良好热力学性能碳纤维的制备。4)对聚丙烯腈纤维及改性前后的聚丙烯腈/木质素复合纤维原丝进行了预氧化及碳化处理,探讨了预氧化工艺条件对纤维的影响,利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪(TG)、拉曼光谱仪(Raman)、X射线衍射仪(XRD)等技术对预氧化纤维及碳化纤维的结构性能进行了表征。结果表明,在预氧化升温速度为10℃/min,最高温度为250℃的条件下可得到纤维形貌良好、纤维面积收缩率小、纤维氧化程度高,耐热性良好的预氧化纤维;木质素的加入及其改性可降低碳纳米纤维的纤维直径,但对碳化过程中无定形碳的形成没有较大影响,且形成了具有较好碳化程度及高强度低模量的碳纳米纤维,制备的碳纳米纤维也可进行下一步的利用。