新型增強材料――活性碳纖維

  活性炭纖維(ACF)是以纖維為先驅體制備的活性炭,又稱纖維狀活性炭?;钚蕴坷w維與粒狀活性炭(GAC)具有吸附容量大,吸附效率高、吸脫速度快、可反復使用等特點。
  活性炭纖維可廣泛用于:
  1.溶劑回收:對苯類、酮類、酯類、石油類均能吸附回收;
  2.空氣凈化:能吸附過濾空氣中的惡臭、體臭、煙氣、毒氣、臭氧、二氧化硫、一氧化 氮等;
  3.水凈化:能去除水中的重金屬離子、致癌物質、臭味、毒味、細菌及脫色等;可用于自來水、食品工業用水及工業用純水等處理;
  4.環保工程:廢氣及污水處理;
  5.防毒口罩、防毒衣、香煙過濾嘴;
  6.貴金屬提煉或回收、吸附放射性物質,也可用于作為催化劑載體、氣相色譜的固定 相;
  7.醫藥上用于包扎帶,急性解毒劑、人工腎臟等;
  8.電子及能源方面應用,如高容量電容、蓄電池等;
  9.耐高溫及保溫材料。
 活性碳纖維的應用
  1.有機溶劑的吸附和回收。
  活性碳纖維的有機溶劑回收裝置的特點有:
 ?。?)可回收易分解、易聚合和高沸的有機溶劑,如三氯乙烷、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、三甲苯、六甲苯、酚。
 ?。?)回收的溶劑質量好,回收率高,可在達98%。
 ?。?)裝置小型化,回收裝置中吸附材料的裝填只有一般活性碳的1/20。
  (4)操作安全。由于吸附產生的蓄熱量少,避免了發生吸附層過熱現象。
  2.廢水處理和飲用水凈化。
  3.凈化空氣。
  空氣污染中的SO、NO、O等可以造成人體呼吸系統和許多疾病,處理含苯氣體時,在相同的吸附條件下,活性碳纖維的氣體處理流量是粒狀活性碳的五倍,活性碳纖維對復印中產生的臭氧有很強的吸附和分解能力。
  4.電器方面的應用。
  活性碳纖維可用于制造高性能的電容、電池的電極,這種電容、電池有以下優點:
 ?。?)電容量大 (2)導電率高 (3)活性碳纖維可直接用作電極材料,而不需經過任何處理 (4)空氣中穩定性好 (5)體積密度小 (6)活性碳纖維柔軟可折,可以制成各種形狀的電容和電池 (7)充電、放電性能強,可以多次重復使用。
  5.醫療衛生及生物工程方面的應用。
  可作為吸附劑制造人造肝臟和腎臟;可以凈化血液中的病毒;用于制造繃帶及其它除臭、除細菌的醫療衛生用品;可用于生物固定酶。
  6.催化劑載體。
  7.化學防護和輻射防護。
  8.貴金屬(如AU、Ag)的富集和回收。
  9.高過濾材料。
  10.水果保鮮。
  11.太陽能集熱器。
        活性碳纖維的性能比較
  
活性碳纖維以基材來分,可分為粘膠基活性碳纖維、聚丙烯腈基活性碳纖維。以形態來分,可分為氈、布、絲。
  不同基材的活性碳纖維的缺點:
粘膠基活性碳纖維的原材料成本低,反應性好,制成的活性碳纖維比表面積較大,吸附性能好,但強度低,收率低。
  聚丙烯腈基活性碳纖維的強度較高,結構中含有S、N化合物,有催化作用,對含S、N化合物的吸附性能好;但比表面積較小,成本較高。
  不同形態的活性碳纖維的優缺點:
  氈狀活性碳纖維的加工成本低,斷裂強度低,斷裂伸長高,制品的表觀密度低,面積重量不均勻。
  布狀活性碳纖維的加工成本高,斷裂強度高,斷裂伸長低,但制品的表觀密度高,面積重量均勻。
  絲狀活性碳纖維的加工成本低,斷裂強度高,斷裂伸長低,制品易切割成所要求的長短,可用于加工活性碳纖維紙,活性碳纖維植絨布。
  活性碳纖維的結構和性能(一)
  
1. 活性炭纖維的空隙結構
  活性炭纖維的孔隙中,90%以上為微孔,為活性炭纖維提供大量的內表面積; 活性炭纖維具有較大的外表面積,而且大量的微孔都開在纖維表面,在西服和解析過程中,分子吸附的途徑短,吸附可以直接進入微孔,不象普通活性炭需要經過大孔、過度孔構成的較長的吸附通道,微活性炭纖維的快速吸附,有效利用微孔提供了條件。
活性炭纖維孔徑分布狹窄,孔徑比較均勻,暴露在纖維表面不部分是20A左右的微孔。
  2 活性炭纖維的表面官能團
活性炭纖維的表面含有一系列活性官能團,對吸附有獨特影響
  3.于一般的活性炭相比,活性炭纖維有許多友誼的吸附特性,這是由活性炭纖維的組成結構所構成的。
  (1)吸附量大?;钚蕴坷w維對有機化合物蒸氣有較大的吸附量,它對一些惡臭的物質,如證叮基硫醇等吸附量比粒狀活性炭大幾倍,甚至幾十倍。對無機氣體如NO、NO、SO、HS、NH、COZA、以及HF、SiF等也有很好的吸附能力。對水溶液中的無機化合物、燃料、笨酸等有機化合物及貴重金屬離子的吸附量也比粒狀活性炭高,有的高5―6倍。對微生物及細菌也有良好的吸附能力,例如對大腸桿菌的吸附率可達94―99%。
 ?。?)吸附速度快。痞子蔡的吸附達到平衡快,與粒狀態活性炭差2至3數量級,對動氣的吸附一般在十秒或幾分鐘內達到吸附平衡,對液體的吸附也只需要幾十分鐘達到平衡。
  (3) 對低濃度吸附質的吸附能力特別強?;钚蕴坷w維對對低濃度吸附質,即便是ppms數量級吸附仍保持很高的吸附量。
 ?。?)吸附層薄。
  活性碳纖維的結構和性能(二)
  
4. 活性炭纖維氧化還原性
  活性炭纖維具有氧化還原性,可用于貴金屬Au的收集、回收,含汞廢水的處理等。
  5.活性炭纖維的電性能
  活性炭纖維有很高的比表面,優良的導電性能和官能團,具有某些化學特性,可用于電池的電極、雙層電容器。
  6.活性炭纖維的催化特性具有氣相催化氧化和催化還原性能,可用于汽車尾氣治理或將CO氧化成CO,NO轉化成為N
  7.活性炭纖維的其他特性
 ?。ǎ保w密度小,過濾阻力小,約為粒狀活性炭的三分之一,可用于吸附黏度較大的液體物質,而且動力消耗低。
  (2)強度高,不易粉化,不會造成二次污染。
 ?。ǎ常┘兌雀撸s質少,可用于食品加工或醫療衛生工業。
 ?。ǎ矗┬螒B多樣性,可加工成氈、布、紙以及其他形態。