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活性炭纖維是什么材料?活性炭纖維(ACF)，亦稱纖維狀活性炭，是性能優(yōu)于活性炭的高效活性吸附材料和環(huán)保工程材料。其超過(guò)50%的碳原子位于內(nèi)外表面，構(gòu)筑成獨(dú)特的吸附結(jié)構(gòu)，被稱為表面性固體。 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，且由于它可方便地加工為氈、布、紙等不同的形狀，并具有耐酸堿耐腐蝕特性，使得其一問(wèn)世就得到人們廣泛的關(guān)注和深入的研究。目前已在環(huán)境保護(hù)、催化、醫(yī)藥、軍工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
 

自1962年美國(guó)專(zhuān)利首次涉及隨后美國(guó)ORNL使用活性炭纖維過(guò)濾放射性碘輻射以來(lái)，不同前驅(qū)體有機(jī)纖維及其活性炭纖維的研究和應(yīng)用得到快速發(fā)展。美國(guó)、英國(guó)、前蘇聯(lián)、特別是日本，是研究和使用ACF的大國(guó)，年產(chǎn)量近千噸。國(guó)內(nèi)的ACF研究起始于80年代末期，到90年代后期陸續(xù)出現(xiàn)工業(yè)化裝置。大多處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。
 

制造方法：前驅(qū)體原料的不同，ACF的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也明顯不同。ACF的生產(chǎn)一般是將有機(jī)前驅(qū)體纖維在低溫200 ℃～400 ℃下進(jìn)行穩(wěn)定化處理，隨后進(jìn)行(炭化)活化。常用的活化方法主要有：用CO2或水蒸汽的物理活化法以及用ZnCI2，H3PO，H2PO4，KOH 的化學(xué)活化法，處理溫度在700 ℃～1 000 ℃間，不同的處理工藝(時(shí)間，溫度，活化劑量等)對(duì)應(yīng)產(chǎn)品具有不同的孔隙結(jié)構(gòu)和性能。用作ACF前驅(qū)體的有機(jī)纖維主要有纖維素基，PAN基，酚醛基，瀝青基，聚乙烯醇基，苯乙烯/烯烴共聚物和木質(zhì)素纖維等。商業(yè)化的主要是前4種。
 

結(jié)構(gòu)特征：活性炭纖維是一種典型的微孔炭(MPAC)，被認(rèn)為是“超微粒子、表面不規(guī)則的構(gòu)造以及極狹小空間的組合”，直徑為10 μm～30 μm?？紫吨苯娱_(kāi)口于纖維表面，超微粒子以各種方式結(jié)合在一起，形成豐富的納米空間，形成的這些空間的大小與超微粒子處于同一個(gè)數(shù)量級(jí)，從而造就了較大的比表面積。其含有的許多不規(guī)則結(jié)構(gòu)-雜環(huán)結(jié)構(gòu)或含有表面官能團(tuán)的微結(jié)構(gòu)，具有極大的表面能，也造就了微孔相對(duì)孔壁分子共同作用形成強(qiáng)大的分子場(chǎng)，提供了一個(gè)吸附態(tài)分子物理和化學(xué)變化的高壓體系。使得吸附質(zhì)到達(dá)吸附位的擴(kuò)散路徑比活性炭短、驅(qū)動(dòng)力大且孔徑分布集中，這是造成ACF比活性炭比表面積大、吸脫附速率快、吸附效率高的主要原因。
 

功能化方法：功能化主要通過(guò)孔隙結(jié)構(gòu)控制和表面化學(xué)改性來(lái)滿足對(duì)特定物質(zhì)的高效吸附轉(zhuǎn)化。
 

ACF通常適用于氣相和液相低分子量分子(MW=300以下)的吸附。當(dāng)吸附劑微孔大小為吸附質(zhì)分子臨界尺寸的兩倍左右時(shí)，吸附質(zhì)較容易吸附?？讖秸{(diào)整的目的就是使ACF的細(xì)孔與吸附質(zhì)分子尺寸相當(dāng)，通常采用下列方法：1)活化工藝或活化程度的改變(至納米級(jí));2)在原纖維中添加金屬化合物或其它物質(zhì)經(jīng)炭化活化，或采用ACF添加金屬化合物后再活化(中孔為主)，原料纖維預(yù)先具有接近大孔的孔徑(大孔);3)烴類(lèi)熱解在細(xì)孔壁上沉積、高溫后處理(使孔徑變小)。
 

表面化學(xué)改性主要改變ACF的表面酸、堿性，引入或除去某些表面官能團(tuán)。經(jīng)高溫或經(jīng)氫化處理可脫除表面含氧基團(tuán)(還原);通過(guò)氣相氧化和液相氧化的方法可獲得酸性表面。改性需綜合考慮物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響。

 

纖維狀碳材料主要有碳纖維(CF)和纖維狀活性炭(FAC)。活性碳纖維(ACF)是碳纖維中的一種，即經(jīng)活性化的一種碳纖維。目前世界上研制和生產(chǎn)的活性碳纖維主要有下列六種:粘膠基、聚丙烯睛基、瀝青基、酚醛基、聚乙烯醇基和氣相成長(zhǎng)碳纖維。其中前四種碳纖維和活性碳纖維已得到工業(yè)應(yīng)用。
 

與活性炭相比，活性碳纖維具有較多的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，主要是:①纖維外表面積大，且孔口多，容易吸附和脫附;②纖維孔徑分布窄，有效吸附孔多，吸附容量大;③纖維吸附行徑短;④纖維吸附和脫附速度快。活性碳纖維吸附過(guò)程主要受被吸附物質(zhì)分子的碰撞和吸附率所控制，而粒狀活性炭吸附過(guò)程主要受被吸附物質(zhì)擴(kuò)散速率的影響。
 

根據(jù)需求，可將活性碳纖維加工成氈狀、布狀、網(wǎng)狀、蜂窩狀、尾狀、紙狀、圓筒狀、構(gòu)造狀活性體等形態(tài)，其應(yīng)用相當(dāng)廣泛，包括用于水處理領(lǐng)域等。例如，用于處理含油廢水、含酚廢水、有機(jī)化工廢水、印染廢水、造紙廢水、含鹵化物的污水和廢水、醫(yī)藥和農(nóng)藥廢水、含重金屬離子的廢水、含霉臭物質(zhì)的微污染水、城市污水。它的殺菌效果也不錯(cuò)，研究結(jié)果表明:用活性碳纖維處理含油廢水，其凈化率在95%以上。經(jīng)估算。用1kg活性碳纖維處理1.5t砂濾后煉油廠廢水，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)為僅為0.132元//t。此外，用碳纖維單絲也編織成碳纖維制成，它們有很好的生物特性。要知道，地地球上的生物體就是以碳元素為構(gòu)架的，這與碳纖維的主要成分相同。它可應(yīng)用與城市污水、荷塘水庫(kù)的凈化、培養(yǎng)魚(yú)蟲(chóng)和建立養(yǎng)魚(yú)系統(tǒng)等。