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文章編號： 1007-8227（2000）02-0080-01

活性炭纖維

（ACTIVATED CARBON FIBERS）

 編輯：弗艾博纖維技術(shù)研究中心

中圖分類號：TQ342.86        文獻標識碼：E

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50%的碳原子位于內(nèi)外表面，構(gòu)筑成獨特的吸附結(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、催化、醫(yī)藥、軍工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

自1962年美國專利首次涉及隨后美國ORNL使用活性炭纖維過濾放射性碘輻射以來,不同前驅(qū)體有機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、英國、前蘇聯(lián)、特別是日本，是研究和使用ACF的大國，年產(chǎn)量近千噸。國內(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。大多處于實驗室研究階段。

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)一般是將有機前驅(qū)體纖維在低溫200?C400?C下進行穩(wěn)定化處理,隨后進行(炭化)活化。常用的活化方法主要有:用CO?或水蒸汽的物理活化法以及用ZnCI?, H?PO, H?PO?, KOH的化學(xué)活化法,處理溫度在700 ?C1 000? C間，不同的處理工藝(時間，溫度,活化劑量等)對應(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 μm30 μm?？紫吨苯娱_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數(shù)量級,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)或含有表面官能團的微結(jié)構(gòu)，具有極大的表面能,也造就了微孔相對孔壁分子共同作用形成強大的分子場,提供了一個吸附態(tài)分子物理和化學(xué)變化的高壓體系。使得吸附質(zhì)到達吸附位的擴散路徑比活性炭短、驅(qū)動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:功能化主要通過孔隙 結(jié)構(gòu)控制和表面化學(xué)改性來滿足對特定物質(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。當吸附劑微孔大小為吸附質(zhì)分子臨界尺寸的兩倍左右時，吸附質(zhì)較容易吸附?？讖秸{(diào)整的目的就是使ACF的細孔與吸附質(zhì)分子尺寸相當,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) ;
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. 烴類熱解在細孔壁上沉積、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。經(jīng)高溫或經(jīng)氫化處理可脫除表面含氧基團(還原) ;通過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。

應(yīng)用:1)可有效地將工業(yè)加工生產(chǎn)中產(chǎn)生的低沸點化合物、脂肪族化合物、及其它VOCs等危害人體健康的有機溶劑(毒劑)脫除并回收(裝置質(zhì)輕高效) ;2)制造的凈水裝置高效可靠、處理量大、裝置緊湊;3)空氣凈化裝置具有較強的轉(zhuǎn)化臭氧能力，對3, 4_苯并芘和醛類物質(zhì)、硫醇類物質(zhì)、氨、硫化氫等具有特殊的吸附能力,對煙堿的吸附率也很高;借助于堿洗, PAN基活性炭纖維對煙道氣中SO?具有較好的脫除能力，瀝青基活性炭纖維在經(jīng)歷850 ?C高溫處理后對處理NOx效果較好;另外, ACF在儲能材料、隱身材料、核防護材料、催化劑載體、生理除味保健、防毒防化、血液凈化、人工肝臟和腎臟水果儲存保鮮、除臭除濕、高能電極及雙層電容等方面都有著極大的開發(fā)與利用潛力。

ACF市場開發(fā)滯后導(dǎo)致對它的需求量的增長速率較小;而較小的生產(chǎn)規(guī)模又不利于打開和占領(lǐng)市場。但ACF價格的居高不下始終是限制其廣泛應(yīng)用的主要因素。低成本、高密度、高強度的活性炭纖維應(yīng)是研究開發(fā)的重點。

(鄭經(jīng)堂供稿)