1活性炭纖維概述
活性炭纖維(ACF)是20世紀70年代初發(fā)展起來的一種吸附性能優(yōu)于活性炭的功能性炭纖維。活性炭凈化器是纖維炭化過程中形成的一種中間相，具有很高的抗拉伸強度和彈性。它的前體為聚合纖維(聚丙烯睛、酚醛樹脂、聚二乙烯)、纖維素和瀝青(煤焦瀝青、石油瀝青)。活性炭纖維具有很高的比表面積，比表面積(BET)一般為1000m2/g一2000m2/g，具有顆粒活性炭(GAC、粉末活性炭(PAC)不具有的獨特優(yōu)點。孔徑分布窄且均勻，其孔型為狹縫型，與吸附質(zhì)相互作用強；孔徑小而均勻，其細口直徑為單峰型分布，吸附脫附速率快，具有較好的導(dǎo)電性和耐熱性的石墨化特征。活性炭纖維的彈性好、強度高，在形態(tài)和形式上有很好的加工性能和可塑性，可加工成氈、布、網(wǎng)、片以及蜂窩狀、波紋狀等多種形態(tài)。活性炭纖維主要由C，H，O三種元素組成，其中C的含量是較高的。
不同前驅(qū)體的物理和化學(xué)性質(zhì)決定了活性炭纖維的基本性能。活性炭纖維作為一種吸附分離功能性材料，在空氣凈化、有機廢氣處理、防毒面具、制作化學(xué)防護服、汽車尾氣處理、氣體儲存以及印染廢水處理、水的凈化等范疇內(nèi)應(yīng)用廣泛。本文重點闡述了活性炭纖維在空氣凈化、有機廢氣處理等范疇內(nèi)的研究進展。
2活性炭纖維的發(fā)展概況
2.1國內(nèi)活性炭纖維的發(fā)展概況
目前我國活性炭纖維及其產(chǎn)品還處于研制、開發(fā)的發(fā)展和試驗階段，與日本、美國、俄羅斯等已經(jīng)進入工業(yè)化和實用階段的國家相比，產(chǎn)品性能有待提高，沒有形成成熟而的工業(yè)體系。國內(nèi)對活性炭纖維進行大量研究的機構(gòu)有中科院山西煤炭化學(xué)研究所、上海紡織科學(xué)研究院。上海紡織科學(xué)研究院首先成功的開發(fā)了酚醛基活性炭纖維，之后開發(fā)了粘膠基活性炭纖維。中科院山西煤炭化學(xué)研究所主要研發(fā)了粘膠基和瀝青基活性炭纖維。
國內(nèi)的一些高等院校也在進行著活性炭纖維的研究工作，如中山大學(xué)、東華大學(xué)、大連理工大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京化工大學(xué)等。其中中山大學(xué)曾漢民做了大量關(guān)于活性炭纖維的研究工作，尤以天然植物為前驅(qū)體的活性炭纖維的制備為重點，如甘蔗渣、棉粘膠、劍麻等，并率先提出活性炭纖維表面的氧 化還原性質(zhì)，應(yīng)用在吸附重金屬上。北京化工大學(xué)沈曾民對瀝青基活性炭纖維進行了研制，并對活性炭纖維工藝過程的廉價化、高效化和成孔機理進行了大量的研究。中科院山西煤炭化學(xué)研究所楊全紅、鄭經(jīng)堂等人對高比表面積活性炭纖維吸附機理進行了大量的研究。
就國內(nèi)活性炭纖維工業(yè)來看，活性碳凈化器的研究還處于研究和適用階段，工業(yè)化程度不高、沒有真正形成的工業(yè)體系。
2.2國外活性炭纖維的發(fā)展概況
國外對于活性炭纖維的研究早已成熟，并已經(jīng)進入工業(yè)化生產(chǎn)。日本在活性炭纖維的研究處于先進地位。活性炭纖維的發(fā)展經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展歷程。1962年美國W.F.Abbott成功開發(fā)出粘膠基活性炭纖維，該活性炭纖維原料低廉、制成品比表面積大、吸附性能好，但產(chǎn)品收率低、強度低、生產(chǎn)工藝復(fù)雜。70年代初日本東洋紡公司也成功開發(fā)出以粘膠纖維為原料的活性炭纖維，并實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。70年代初美國成功研制出酚醛基活性炭纖維，該活性炭纖維原料低廉、耐熱，不需要進行預(yù)處理，產(chǎn)品收率高、比表面積大。活性炭纖維結(jié)構(gòu)中含有S，N化合物，有催化作用，吸附性能好，工藝簡單成熟，但比表面積小、成本高。1985年大阪煤氣公司與尤尼吉卡公司聯(lián)合開發(fā)的瀝青基活性炭纖維，該活性炭纖維原料低廉、產(chǎn)品收率高，但雜質(zhì)含量高、不易制得、深加工困難、強度低。隨著各個國家研究的不斷深入，不同原料基的活性炭纖維相繼開發(fā)成功。目前，不斷完善工藝、降低成本、提高產(chǎn)品性能、增加品種、擴大應(yīng)用領(lǐng)域，是活性炭纖維今后的發(fā)展方向。
3活性炭纖維在氣體吸附領(lǐng)域的研究
揮發(fā)性有機化合物的排放一直以來對大氣的環(huán)境造成了很大的傷害，一般指室溫下飽和蒸汽壓超過70.91Pa或者沸點小于260℃的有機化合物。其來源廣、種類繁多，廣泛存在于石油化工行業(yè)、膠片行業(yè)、噴漆行業(yè)、印刷行業(yè)以及大部分汽車尾氣的排放。國外在20世紀90年代就已經(jīng)將活性炭纖維廣泛的應(yīng)用于各種有機廢氣的回收與凈化。
如美國較早將活性炭纖維應(yīng)用在回收凈化噴漆生產(chǎn)過程中排放出的有機廢氣。日本90年代初也將其用在回收氟碳物氣體和其它有機廢氣。有報道日本一家公司開發(fā)出一種“SuperDixie”活性炭纖維，這種活性炭纖維薄膜是在聚醋樹脂中織進活性炭纖維而制成的可以高效吸附揮發(fā)性有機廢氣。
一定溫度范圍內(nèi)，低溫有利于活性炭纖維對揮發(fā)性有機廢氣的吸附。揮發(fā)性有機廢氣溫度高其分子熱運動加劇，不利于在活性炭纖維表面的吸附。與此同時活性炭纖維的孔隙率、表面官能團、比表面積會影響其對揮發(fā)性有機廢氣的吸附。活性炭纖維的孔徑越小、比表面積越大、孔容量越大，其對揮發(fā)性有機化合物的吸附量越大。有研究發(fā)現(xiàn)，當活性炭纖維的孔徑寬度在0.6nm一0.7nm之間時，其對揮發(fā)性有機化合物的吸附量的影響較為明顯。
不同濃度的揮發(fā)性有機物和活性炭纖維比表面積存在一定的關(guān)系。活性炭設(shè)備比表面積越大的活性炭纖維對高濃度的揮發(fā)性有機化合物吸附容量越大，而在極低濃度下結(jié)果正好相反，比表面積越小的活性炭纖維的吸附容量越大。有研究報道有機氣體的吸附還與纖維直徑的粗細有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)活性炭纖維中，纖維直徑細的比直徑粗的對甲醛的穿透時間長，吸附效果好。利用氧 化或者還原的方法對活性炭纖維進行改性，也會增加對極性有機氣體的吸附量。
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