活性炭纖維課件

活性炭纖維制作人：

黃月娜

AP0911111活性炭纖維主要內(nèi)容一.活性炭纖維的發(fā)展概況二.活性炭纖維的定義三.活性炭纖維的化學(xué)與物理特征四.活性炭纖維的制配五.活性炭纖維的應(yīng)用六.活性炭纖維的發(fā)展前景活性炭纖維1962年，美國(guó)專利首次涉及到ACF技術(shù)，Abbott以粘膠纖維為原料。進(jìn)行炭化和活化等處理后成功地制成了ACF；同年，日本進(jìn)藤以特種聚丙烯腈為原料，制得PAN基ACF；1972年，Arons和Macnair以酚醛為原料制得ACF；1975年，東洋紡織公司制成高性能粘膠基ACF和再生ACF；1983年，日本炭素公司和尤尼吉卡公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)瀝青基ACF；1977年，商品粘膠(纖維素)基ACF問(wèn)世。其后聚丙烯腈(PAN)基、酚醛基、瀝青基相繼實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

活性炭纖維的發(fā)展概況活性炭纖維日本是開(kāi)發(fā)ACF最早的國(guó)家。日本的東洋紡織公司于1975年實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。在20世紀(jì)70年代，己開(kāi)始應(yīng)用有機(jī)物碳化技術(shù)的成果，由于順應(yīng)環(huán)境保護(hù)等的要求得以發(fā)展，受到各國(guó)開(kāi)發(fā)研究人員的密切關(guān)注，現(xiàn)已成為當(dāng)代世界開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)項(xiàng)目之一，并由此進(jìn)入工業(yè)化的發(fā)展時(shí)期，總產(chǎn)能力為1000t／a。以下是日本活性碳纖維的發(fā)展：1959粘膠纖維碳纖維工業(yè)化(UCC)1962shindo(MITI)公司發(fā)現(xiàn)聚丙烯腈作為碳纖維原料1966Doying公司粘膠纖維制活性炭織物Rodgers公司醋酸纖維制活性炭織物1967Johnson公司改進(jìn)了聚丙烯腈碳纖維穩(wěn)定過(guò)程1968Carborrundum公司酚醛樹(shù)脂碳纖維1972Arons公司和Mcnair公司酚醛原料制碳纖維1975Toyabo公司粘膠纖維型碳纖維1976TohoBeslon聚丙烯腈活性炭纖維NipponKync公司酚醛樹(shù)脂1977峰窩型溶劑回收設(shè)備1980Kyno公司化學(xué)處理活性炭纖維1983Nippon公司粘膠絲制活性炭纖維1988Osaka氣體公司煤瀝青活性炭纖維

活性炭纖維20世紀(jì)80年代，我國(guó)上海紡織科學(xué)研究院、中國(guó)紡織大學(xué)、中山大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所、復(fù)旦大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)、天津大學(xué)、吉林工學(xué)院等單位也開(kāi)展了ACF的研究工作。90年代以來(lái)，我國(guó)在ACF的研究和生產(chǎn)方面也取得了很大進(jìn)步，ACF的生產(chǎn)能力已達(dá)數(shù)百噸。如1995年鞍山東亞碳纖維有限公司建成年產(chǎn)45噸的瀝青基CarboflexACF生產(chǎn)線。此外，秦皇島紫川炭纖維有限公司是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)粘膠基ACF及其制品的規(guī)模較大的專業(yè)化企業(yè)之一。

活性炭纖維什么是活性炭纖維碳纖維：碳纖維是纖維組成中碳元素含量達(dá)90%以上的纖維活性炭纖維：具有微孔及很大比表面積的碳纖維活性炭纖維活性炭纖維的定義活性炭纖維定義延伸活性炭纖維（ACF），亦稱纖維狀活性炭，是性能優(yōu)于活性炭的新一代高效活性吸附材料和環(huán)保功能材料。它是由纖維狀前驅(qū)體，經(jīng)一定的程序炭化活化而成。較發(fā)達(dá)的比表面積和較窄的孔徑分布使得它具有較快的吸附脫附速度和較大的吸附容量。活性炭纖維活性炭的化學(xué)組成活性炭纖維是用天然纖維或人造有機(jī)化學(xué)經(jīng)過(guò)碳化制成。其主要成分是C，碳原子主要以類似石墨微晶片、乳層堆疊的形式存在?；钚蕴坷w維中的一些微量雜原子，如H、O、S、N等與C結(jié)合形成官能團(tuán)，含氧基團(tuán)在活性炭纖維表面含量較為豐富，其分子式不確定。

ACF會(huì)因活化的方法不同,而生成不同表面含氧基與表面酸堿性不同的產(chǎn)物。在水的作用下,其氧化還原能力更強(qiáng)。由于水的存在可以使一些基團(tuán)氧化成羥基，由此在表面含氧基團(tuán)數(shù)目增加后,表面氧化還原容量增大。

活性炭纖維活性炭纖維的物理特征1）吸附量大2）吸附速度快3)再生容易，脫附速度快4)耐熱性好5)耐酸、耐堿，具有較好的導(dǎo)電性能和化學(xué)穩(wěn)定性。6)灰份少。7)成型性好，易加工成氈、絲、布、紙等形態(tài)。

活性炭纖維一般活性炭的比表面積1000-1600㎡/g,微孔體積90%左右，其微孔孔徑10A-40A（1A=10的負(fù)10次方米）。2.含豐富的有機(jī)官能團(tuán)，具有良好的氧化還原特性，對(duì)氣相和液相中的有機(jī)物質(zhì)及無(wú)機(jī)雜質(zhì)均有優(yōu)良的吸附作用。且具有良好的脫附再生性能，可重復(fù)使用。

3.強(qiáng)度高，消耗少，具有良好的裝填，纏繞性能及設(shè)備的適應(yīng)性。在振動(dòng)下不會(huì)產(chǎn)生裝填松動(dòng)和過(guò)份密實(shí)現(xiàn)象。1.活性炭纖維的結(jié)構(gòu)具有發(fā)達(dá)的比表面積，豐富且排列整齊的吸附微孔,故其吸附性非常強(qiáng)。4.具有耐酸、耐堿、耐腐蝕、耐高、低溫性能和良好的化學(xué)穩(wěn)定性能、導(dǎo)電性能。

5.灰份少：它的灰份含量?jī)H為GAC的十分之一，對(duì)回收物質(zhì)的催化作用小。

活性炭纖維活性炭的吸附性1.吸附量大：對(duì)有機(jī)氣體惡臭，腥臭物質(zhì)吸附量比粒狀活性炭（GAC）大20-30倍。對(duì)水溶液中的無(wú)機(jī)物，染料，有機(jī)物及貴金屬離子吸附量比GAC高5—6倍。對(duì)微生物及細(xì)菌有優(yōu)良的吸附能力。如大腸桿菌的吸附率可達(dá)94%-99%

對(duì)低濃度吸附質(zhì)的吸附能力特別優(yōu)良。如對(duì)PPM級(jí)吸附質(zhì)仍保持很高的吸附量，而GAC等吸附材料往往在低濃度時(shí)，吸附能力大大降低。

2.吸附速度快對(duì)氣體吸附速度非常快（數(shù)十秒至數(shù)分鐘），對(duì)液體的吸附也可很快達(dá)到吸附平衡，其吸附速度比GAC高2—3個(gè)數(shù)量級(jí)。

活性炭纖維的脫附性1.再生容易，脫附速度快。如用120—150℃熱空氣處理ACF，10—30分鐘即可完全脫附。2.在多次吸附過(guò)程中，仍然保持原有的吸附性能。

活性炭纖維主要技術(shù)指標(biāo)

JL-1000JL-1200AJL-1200BJL-1600T比表面積m2/g900-10501050-11501150-12501250-1550苯吸附值wt%30-3535-5045-60<80碘吸附值mg/g850-950950-11001100-1200>1200亞甲蘭吸附值ml/g>150>180>220>250PH值5-75-75-75-7活性炭纖維活性炭纖維（AC）與顆?；钚蕴浚℅AC）的結(jié)構(gòu)與性能比較

產(chǎn)品名稱比表面積m2/g微孔容積mL/g單絲直徑um密度g/cm3

苯吸附量%粘膠基ACF1000-15000.25-0.79-180.02-0.03大于30顆?；钚蕴縂AC800-10000.30.5-3(mm)0.4-0.520活性炭纖維活性炭的制配

ACF的制備，通常以有機(jī)高聚物聚丙烯腈(PAN)、酚醛樹(shù)酯、瀝青基、纖維素基、聚乙烯醇基等作為前驅(qū)體，經(jīng)過(guò)炭化和進(jìn)一步活化而制成。其中前四種均已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

預(yù)處理→炭化→活化→添加劑→結(jié)構(gòu)控制方法→工藝設(shè)備以PAN為例，其制配工藝示意圖如下：活性炭纖維1.預(yù)處理預(yù)處理主要有鹽浸漬和預(yù)氧化兩種方式。鹽浸漬是將原料纖維充分浸漬在鹽(磷酸鹽、碳酸鹽、硫酸鹽等)溶液中，然后使其干燥。預(yù)氧化處理一般采用空氣預(yù)氧化的方法，原料纖維在一定的溫度范圍內(nèi)，緩慢預(yù)氧化一定時(shí)間，或者按照一定升溫程序升溫預(yù)氧化。預(yù)氧化主要是為了防止PAN纖維、瀝青纖維等高溫炭化和活化時(shí)發(fā)生熔融并絲。2.炭化是在惰性氣體(如氮?dú)饣驓鍤獾?環(huán)境下于800～1000℃對(duì)纖維進(jìn)行熱處理，排除大部分非碳成分，形成具有類似石墨微晶結(jié)構(gòu)的炭化纖維。3.活化是在高溫下用氧化性氣體刻蝕炭化纖維，使所得ACF具有理想的微孔結(jié)構(gòu)和較高的比表面積。4.增加不同的添加劑，可以做到增加過(guò)程的速率、降低活化溫度、增加纖維強(qiáng)度和彈性模量、增加纖維吸附容量等5.結(jié)構(gòu)控制：ACF的合成工藝和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)會(huì)因原料不同而不同。為了獲得收率高、強(qiáng)度好、吸附性能優(yōu)良的產(chǎn)品，應(yīng)選擇相宜的原料纖維以及炭化和活化條件。6.工藝設(shè)備在ACF的制配中至關(guān)重要。英國(guó)人發(fā)明一種豎立式結(jié)構(gòu)，沿壁面用電加熱器加熱，碳化活化一次完成。而我國(guó)目前活性炭纖維的生產(chǎn)仍處于間歇生產(chǎn)或半間歇階段?；钚蕴坷w維活性炭纖維的應(yīng)用1.空氣凈化：用該材料制作空氣過(guò)濾器，能吸附過(guò)濾空氣中的O3、SO2、NO2及惡臭、毒氣、煙氣等有害氣體，可用于房間、廚具其它被污染的室內(nèi)空氣凈化

2.水質(zhì)凈化：能清除水中的有機(jī)物及重金屬離子和霉臭氣味、細(xì)菌及用于水的脫色，用于飲水工業(yè)、飲料、啤酒、醫(yī)藥制糖等行業(yè)用水的凈化、脫色工藝中和純凈水、直飲水的生產(chǎn)設(shè)備中。

3.污水處理：可用于治理化工、電鍍、冶金、印染、制革、醫(yī)藥生活等污染源產(chǎn)生的污水，去除水中的有機(jī)物質(zhì)、細(xì)菌及有機(jī)染料。尤其是含高價(jià)金屬離子的有毒、有害廢水的處理。4.有機(jī)溶劑回收：對(duì)苯、酮、脂、醇等類型的有機(jī)溶劑均能吸附回收?？捎糜谥颇z噴漆，電影膠片等溶劑的回收裝置，三苯凈化回收裝置中及治理廢氣，污水的環(huán)保工程中。

5.衛(wèi)生防護(hù)：用活性炭纖維氈制成防毒面具，防毒防塵口罩，防毒衣可對(duì)毒性氣體有較好的吸附遮敝作用。該材料還適合用在放射性場(chǎng)所的封閉及隔斷，輻射設(shè)備的屏遮等工程中。6.醫(yī)學(xué)用途：由于ACF具有化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性及輻射穩(wěn)定性，因而使用各種消毒方法進(jìn)行消毒時(shí)不會(huì)有任何變化。ACF對(duì)人體的外源性毒素和內(nèi)源性毒素的吸附都非常有效，在血液過(guò)濾、內(nèi)服解毒、外傷包扎與治療方面都有重要用途?；钚蕴坷w維活性炭纖維的一些應(yīng)用活性炭纖維植絨布，具有穿著舒適，手感好，再生性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。

活性炭纖維濾芯，用于液體分離過(guò)濾。

活性炭纖維炭纖維做的抱枕不僅，具有良好的吸附性能，而且還具有良好的再生能力

活性炭纖維做的口罩活性炭纖維活性炭纖維氈活性炭纖維空氣凈化樹(shù)活性炭纖維活性炭纖維的發(fā)展前景

隨著人類環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和綠色化學(xué)的提出，ACF的研究與應(yīng)用受到了各國(guó)研究人員的密切關(guān)注。日本和美國(guó)是研究和使用ACF的大國(guó)，已具有工業(yè)化規(guī)模并進(jìn)入實(shí)用階段。我國(guó)起步較晚，對(duì)ACF的生產(chǎn)與開(kāi)發(fā)僅處于試用階段，其應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有打開(kāi)。在環(huán)境保護(hù)、電子工業(yè)、化工、低成本