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    載銀活性炭纖維的制備與應(yīng)用性能

    文章出處:華康中天    人氣:144     發(fā)表時(shí)間:2019-06-10

      活性炭纖維(ACF)是通過纖維制得的新型活性炭材料,是繼粉狀、顆粒狀活性炭之后的第三代活性炭材料。與傳統(tǒng)的顆粒狀、粉狀活性炭相比,直徑小、接觸面積大;外表面積大、吸脫附速率快、吸附容量大;孔徑分布窄,主要以微孔為主;體積密度小、擴(kuò)散阻力小;、不容易粉化;適應(yīng)性強(qiáng)、操作簡便、節(jié)能經(jīng)濟(jì)。由于活性炭纖維的纖維結(jié)構(gòu),使其易于加工成氈、布、紙等各種形態(tài)織物,現(xiàn)己在環(huán)境保護(hù)、化工產(chǎn)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、食品衛(wèi)生等諸多了廣泛的應(yīng)用。
      而制備活性炭纖維的前驅(qū)體纖維主要是纖維素系、酚醛系、聚丙烯睛系、瀝青系四大類。纖維素(粘膠)基活性炭纖維生產(chǎn)成本低、原料廣泛,但收率低、強(qiáng)度低;酚醛基活性炭纖維由于本身苯環(huán)樣的耐熱交聯(lián)結(jié)構(gòu),不需要進(jìn)行預(yù)處理,所以制備工序簡單,且產(chǎn)物比表面積較大;聚丙烯睛基活性炭纖維生產(chǎn)工藝簡單,產(chǎn)物具有優(yōu)良的力學(xué)性能,導(dǎo)電與導(dǎo)熱性能也較優(yōu),但是生產(chǎn)過程中易產(chǎn)生劇毒的HCN,且產(chǎn)物比表面積小;瀝青基活性炭纖維原料便宜,收率高,但不易加工成連續(xù)長絲。


      活性炭纖維的孔隙分布90%以上為微孔,且微孔直徑分布均勻,直徑都在幾納米甚至更小,與顆粒活性炭中大量大孔、過渡孔,且孔徑分散等不同,具有的比表面積和孔容積。為了獲得的吸附效果,有時(shí)需要配合吸附質(zhì)的大小,來調(diào)整活性炭纖維的孔徑。通過選擇原材料或調(diào)整催化活化過程,在活性炭纖維中形成中孔或大孔。
      活性炭纖維中約60%的碳原子是以類石墨炭形式存在的,經(jīng)基、醚基約占25%,其他含氧官能團(tuán)約占10%,如撥基、梭基、酉旨基等,此外有其它形式的官能團(tuán),但其所占比例較少。根據(jù)FTIR和XPS研究還可進(jìn)一步確定ACF的表面存在的醒基和酚基,但是梭基含量卻,同時(shí)ACF的類石墨炭片層平面與其表面醒基存在共扼現(xiàn)象,而由于類石墨炭片層位置與尺寸不一,其與醒基的共扼程度各不相同。
      活性炭纖維的制備過程一般有三個(gè)步驟:預(yù)處理、炭化、活化,其中,炭化和活化可同時(shí)進(jìn)行。預(yù)處理有鹽浸漬和預(yù)氧化兩種。鹽浸漬主要是在磷酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽等溶液中浸漬前驅(qū)體纖維,以提高炭化、活化的產(chǎn)率。預(yù)氧化處理主要是在空氣中升溫處理一段時(shí)間,紡織纖維在高溫炭化時(shí)熔融。一般以預(yù)氧化處理比較普遍,也可兩者結(jié)合使用。
      炭化是指在惰性氣體中對纖維進(jìn)行高溫?zé)崽幚?800℃以上),除去C以外的元素,形成類似石墨微晶結(jié)構(gòu)的炭化纖維。活化是在高溫下用氧化性氣體接觸炭纖維,以獲得微孔結(jié)構(gòu)。常用的活化方法有物理活化、化學(xué)活化和物理化學(xué)雙重活化。物理活化主要是水蒸氣、二氧化碳為主,活化過程中伴隨著碳的燒失,通過浸漬和混合使其充分接觸一段時(shí)間,再經(jīng)高溫處理,洗去活化劑即可微孔分布均勻的活性炭纖維;物理化學(xué)雙重活化是將兩者結(jié)合使用,以獲得的微孔結(jié)構(gòu)。
      不同前驅(qū)體制得的活性炭纖維的加工工藝各不相同,纖維素(粘膠)基活性炭纖維是先將粘膠纖維催化浸漬,在經(jīng)過炭化、活化和表面處理粘膠基活性炭纖維;酚醛基活性炭纖維無需進(jìn)行預(yù)氧化處理,直接利用酚醛樹脂進(jìn)行炭化活化即可;瀝青基活性炭纖維是利用熔融紡絲將調(diào)制處理后的石油瀝青紡成纖維,再進(jìn)行炭化活化處理,此法制得的活性炭纖維為通用型瀝青基活性炭纖維,而瀝青基活性炭纖維是先將中間相瀝青進(jìn)行熔融紡絲、不熔化處理制得不熔化瀝青纖維,再炭化活化而得;聚丙烯睛基活性炭纖維是先將PAN原絲預(yù)氧化,再在低于700℃下炭化,然后在高于700℃下同時(shí)進(jìn)行炭化、活化,然后經(jīng)過表面處理聚丙烯睛基活性炭纖維。

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