1活性炭纖維概述
活性炭纖維(ACF)是20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來(lái)的一種吸附性能優(yōu)于活性炭的功能性炭纖維。活性炭?jī)艋?/a>是纖維炭化過(guò)程中形成的一種中間相，具有很高的抗拉伸強(qiáng)度和彈性。它的前體為聚合纖維(聚丙烯睛、酚醛樹(shù)脂、聚二乙烯)、纖維素和瀝青(煤焦瀝青、石油瀝青)?；钚蕴坷w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?；钚蕴?GAC、粉末活性炭(PAC)不具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)?？讖椒植颊揖鶆?，其孔型為狹縫型，與吸附質(zhì)相互作用強(qiáng)；孔徑小而均勻，其細(xì)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(qiáng)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)?；钚蕴坷w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?；钚蕴坷w維作為一種吸附分離功能性材料，在空氣凈化、有機(jī)廢氣處理、防毒面具、制作化學(xué)防護(hù)服、汽車(chē)尾氣處理、氣體儲(chǔ)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(diǎn)闡述了活性炭纖維在空氣凈化、有機(jī)廢氣處理等范疇內(nèi)的研究進(jìn)展。
2活性炭纖維的發(fā)展概況
2.1國(guó)內(nèi)活性炭纖維的發(fā)展概況
目前我國(guó)活性炭纖維及其產(chǎn)品還處于研制、開(kāi)發(fā)的發(fā)展和試驗(yàn)階段，與日本、美國(guó)、俄羅斯等已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化和實(shí)用階段的國(guó)家相比，產(chǎn)品性能有待提高，沒(méi)有形成成熟而的工業(yè)體系。國(guó)內(nèi)對(duì)活性炭纖維進(jìn)行大量研究的機(jī)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(kāi)發(fā)了酚醛基活性炭纖維，之后開(kāi)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(guó)內(nèi)的一些高等院校也在進(jìn)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(diǎn)，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(duì)瀝青基活性炭纖維進(jìn)行了研制，并對(duì)活性炭纖維工藝過(guò)程的廉價(jià)化、高效化和成孔機(jī)理進(jìn)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(duì)高比表面積活性炭纖維吸附機(jī)理進(jìn)行了大量的研究。
就國(guó)內(nèi)活性炭纖維工業(yè)來(lái)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(méi)有真正形成的工業(yè)體系。
2.2國(guó)外活性炭纖維的發(fā)展概況
國(guó)外對(duì)于活性炭纖維的研究早已成熟，并已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化生產(chǎn)。日本在活性炭纖維的研究處于先進(jìn)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(guó)W.F.Abbott成功開(kāi)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(qiáng)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(kāi)發(fā)出以粘膠纖維為原料的活性炭纖維，并實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。70年代初美國(guó)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(jìn)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(jiǎn)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(kāi)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(qiáng)度低。隨著各個(gè)國(guó)家研究的不斷深入，不同原料基的活性炭纖維相繼開(kāi)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(kuò)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(jī)化合物的排放一直以來(lái)對(duì)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(guò)70.91Pa或者沸點(diǎn)小于260℃的有機(jī)化合物。其來(lái)源廣、種類(lèi)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(chē)尾氣的排放。國(guó)外在20世紀(jì)90年代就已經(jīng)將活性炭纖維廣泛的應(yīng)用于各種有機(jī)廢氣的回收與凈化。
如美國(guó)較早將活性炭纖維應(yīng)用在回收凈化噴漆生產(chǎn)過(guò)程中排放出的有機(jī)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(jī)廢氣。有報(bào)道日本一家公司開(kāi)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(shù)脂中織進(jìn)活性炭纖維而制成的可以高效吸附揮發(fā)性有機(jī)廢氣。
一定溫度范圍內(nèi)，低溫有利于活性炭纖維對(duì)揮發(fā)性有機(jī)廢氣的吸附。揮發(fā)性有機(jī)廢氣溫度高其分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，不利于在活性炭纖維表面的吸附。與此同時(shí)活性炭纖維的孔隙率、表面官能團(tuán)、比表面積會(huì)影響其對(duì)揮發(fā)性有機(jī)廢氣的吸附?；钚蕴坷w維的孔徑越小、比表面積越大、孔容量越大，其對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物的吸附量越大。有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)活性炭纖維的孔徑寬度在0.6nm一0.7nm之間時(shí)，其對(duì)揮發(fā)性有機(jī)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(jī)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(duì)高濃度的揮發(fā)性有機(jī)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(bào)道有機(jī)氣體的吸附還與纖維直徑的粗細(xì)有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)活性炭纖維中，纖維直徑細(xì)的比直徑粗的對(duì)甲醛的穿透時(shí)間長(zhǎng)，吸附效果好。利用氧 化或者還原的方法對(duì)活性炭纖維進(jìn)行改性，也會(huì)增加對(duì)極性有機(jī)氣體的吸附量。
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