纳米活性炭纤维

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1、纳米活性炭纤维　　随着人口的増长和城市化的加速，有机物的污染越来越严重。都市生活污水量的不断増加，使有机污染物增加，而且工业废水中排放的有机物的总量上升。化工、冶金、炼焦、轻工等行业是有机污染的主要来源。这些行业排出的有机物不仅数量多，而且有有害和有毒的物质，对环境造成极大危害。　　活性炭纤维（ACF)以它优异的吸附、脱附性能已在有机废水处理中广泛应用。如有机化工中含氯仿废水、制药厂高浓度废水、页岩油干馏废水、农药废水、炼油厂废水、多氯联苯、甲苯废水、苯齡废水、有机染料废水、己内酰胺废水等。　　理化性能　　A

2、CF最显著的特点是具有很大的比表面积和丰富的微孔，徼孔的体积占总孔体积的90%以上，微孔直径小且直接开口于纤维表面，因而具有吸附容量大、吸附效率高、吸附和脱附速度快等优点，ACF表面也含有大量的有机基团，具有强的氧化还原反应能力。　　纳米活性炭纤维比表面积和吸附容量大。微孔的孔径分布范围窄，再生性能大大优于颗粒状活性炭。活性炭纤维中以微孔为主，孔径小，对低浓度物质的吸附性能尤为突出，颗粒状活性炭在甲苯浓度低于0.01%时已基本失去吸附能力，而活性炭纤维在甲苯浓度低于0.001%时仍有良好的吸附效果。　　工艺技

3、术　　操作过程　　生产活性炭纤维（ACF)用的有机原纤维有：纤维素系、酚醛系、聚丙烯腈系、沥青系、聚乙焼醇系、苯乙焼源烃共聚系和木质系等，工业上所使用的主要是前4种原料。　　在制造ACF之前，有机原纤维一般要经过低温200~400°C在空气中进行几十分钟乃至几小时的不熔化处理，随后进行（炭化）活化处理，也可以炭化和活化同时进行。活化方法主要包括物理活化、化学活化。用C02为活化介质，在惰性气体如氮气的保护下，处理温度一般在600~1000°C。具体的处理过程根据原材料和实际要求的不同而有所差异。　　ACF的制

4、造工艺过程，因原料和产品性能不同而异，但通常都要经过预处理、炭化和活化三个阶段。　　预处理的目的，随原料纤维不同而异。对聚丙烯腈纤维和沥青纤维而言，为使原料纤维不熔化，即在炭化过程中不熔融变形，继续保持纤维形状，可采取预氧化稳定处理，使聚丙烯腈和沥青分子形高聚物而提高其热稳定性。而黏胶纤维预处理的目的患是高原料纤维的热氧稳定性、控制活化反应特性，以达到改善活性炭纤维的结构、性能并提高产品的得率。为此，采用无机盐溶液浸渍的方法；常用的浸渍剂为磷系或氯系化合物溶液，如磷酸、偏磷酸、焦磷酸及氯化锌等。酚酵树脂系纤维

5、因不存在软化点，无需作不熔化处理，即可炭化和活化。　　原料纤维经预处理和炭化后挪的炭纤進，難的存在形式有两种，即石墨微晶结构和无定形的炭交链结构。其中无定形炭和石墨微晶中存在的结构缺陷具有较强的活化碰性，在活化过程中首結活化剂反应生成微孔。这些孔隙也成了活化剂向纤维结构内部扩散的通道。它们在进一步活化时，继续反应形成较大的孔。在炭化纤维与活化剂反应过程中，除了上述造孔、扩孔作用外，还存在开孔作用，即炭化纤维原本存在的封闭的孔隙结构，由于活化反应而成为开启孔。生产ACF用的有机原纤维有：纤维素系、酚醛系、聚丙烯

6、腈系、沥青系、聚乙烯醇系、苯乙烯循烃共聚系和木质系等，工业上所使用的主要是前4种。　　根据原料纤维种类，ACF的制备工艺及条件等有所不同，但从原理上讲其原料纤维的合成与化学纤维类似，而纺丝后需对纤维进行预处理、最化、活化等。　　预处理有两种方式，即盐浸渍预处理和预氧化处理。前者是黏胶基ACF生产中的重要工序后者主要是为防止聚丙烯腈纤维、沥青纤维的炭化对发生熔化及黏结。　　盐浸溃是将原料纤维充分浸渍反应（如磷酸、碳酸盐、硫酸盐等）溶液中，然后甩干或滴干及干燥。预氧化处理则多采用空气预氧化的方法，温度控制在200

7、~400°C之间，原料纤维缓慢预氧化一定时间，或者按一定升温程序进行预氧化。若将盐浸渍与预氧化处理结合起来，则往往可获得更好的效果。ACF是由CF活化制成。纤维状的活性炭纤维可以由四种方法生产。　　①由烃或一氧化碳在高温下进行裂解。在石墨或陶瓷板下生成结晶质的胡须状炭。　　②高温高压下石墨电极间在电作用下生成石墨晶须。　　③高能炭黑在非氧化气氛中，经高温处理后生成黑化单晶。　　④在保持高分子纤维形状的前提下将其炭化。这是生产ACF的最重要的方法。生产的基材可以是以聚丙烯腈为主要原料，在生产ACF之前，应先将有

8、机原纤维在300°C下进行稳定化处理。　　ACF不用单独碳化，其碳化与表面功能化可同时进行。在碳含量增加的同时进行活化，可以用氯化锌、磷酸、氢氧化钾等活化剂进行碳化处理，物理活化是用二氧化碳或水为活化介质，在惰性气体氮气的保护下于800°C的温度下进行处理，化学活化是用氯化锌、氨氧化钾、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐等浸渍或混入原料碳中，在惰性气体保护下加热并同时进行碳化与活化。　　可以调节工艺过程中的操作