活性炭纖維的防護(hù)性能

 

.楊莉¹唐淑娟²萬(wàn)雅波²

(1安徽工程科技學(xué)院2長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院)

編輯：弗艾博纖維技術(shù)研究中心

 

 

摘要:活性炭纖維是一種新型的吸附材料,因具有優(yōu)良的物理化學(xué)特性和獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)，被廣泛用于防護(hù)材料的制備中。本文將綜合論述活性炭纖維的防護(hù)性能。

關(guān)鍵詞:活性炭纖維  防護(hù)性能  防毒  抗菌  核防護(hù)

 

 

活性炭纖維(Activated Carbon、Fiber，簡(jiǎn)稱ACF),亦稱纖維狀活性炭，是利用炭纖維和活性炭技術(shù)相結(jié)合發(fā)展起來(lái)的一種新型炭質(zhì)吸附材料。與活性炭相比，活性炭纖維具有微孔發(fā)達(dá)、孔徑分布窄、比表面積大吸附速度快、濾阻小等特點(diǎn)，因此作為一種新型防護(hù)材料被廣泛應(yīng)用。

活性炭纖維具有較優(yōu)良的吸附性能，可以吸附多種化學(xué)物質(zhì)和微生物,在防護(hù)裝備中可具體應(yīng)用其防毒抗菌和核防護(hù)性能。

 

1活性炭纖維的防毒性能

 

 

1.1 活性炭纖維的防毒機(jī)理

活性炭纖維在防化服中的應(yīng)用，主要是依靠鋪展-防液滲透-吸附的防毒機(jī)理(如圖1所示)。在防毒的同時(shí),人體產(chǎn)生的汗液蒸氣和熱量向外散發(fā)能滿足防護(hù)性能與穿著舒適性的基本平衡。

活性炭纖維含有許多不規(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。由于活性炭纖維是典型的微孔炭,含有大量的微孔,本質(zhì)上改變了它的吸著性質(zhì),微孔中的相對(duì)孔壁產(chǎn)生吸附力的迭加，引起微孔內(nèi)吸附勢(shì)的增加,因此,微孔中吸附質(zhì)的量有所增加。

1.2 活性炭纖維在防護(hù)裝備中的

應(yīng)用

活性炭很早就被用于防化技術(shù)中。1916年,俄國(guó)化學(xué)家謝林斯基發(fā)明了世界上第一個(gè)裝有活性炭眼窗的防毒面具。但由于顆粒狀和粉末狀活性炭在振動(dòng)下易產(chǎn)生裝填松動(dòng)或過(guò)分緊密，操作時(shí)易形成溝槽和沉降,且本身不能起支架作用，所以,由它們組成的裝置較為復(fù)雜,在應(yīng)用中容易散失，不易處理。而活性炭纖維在應(yīng)用中彌補(bǔ)了這些不足，并能制成紗、線、布或氈等各種形態(tài)，給工藝設(shè)備的簡(jiǎn)化和工程上的使用帶來(lái)了方便。

防護(hù)裝備按其防護(hù)部位通?？蓪⑵浞譃榉蓝久婢吆头雷o(hù)服兩部分。

防毒面具可分為過(guò)濾式和隔絕式兩種，活性炭纖維主要用于過(guò)濾式防毒面具中。但因體積大而限制了其防毒面具中的應(yīng)用。這種面具常采用頭帶加濾毒罐(如圖2所示)

去掉了與頭盔相連的導(dǎo)氣管，這樣使防毒面具的吸氣阻力降低了約50%,使用時(shí)人員呼吸更為順暢。

防護(hù)服按其材料通?？煞譃?不透氣防護(hù)服和透氣式防護(hù)服兩種。

不透氣防護(hù)服主要是利用具有防護(hù)任何化學(xué)毒劑的片材來(lái)制造，但這種防護(hù)具有選擇性,不能有效地維持防護(hù)性能與穿著性能之間的平衡。

透氣式防護(hù)服就是在防護(hù)的過(guò)程中，能有效地使人體的汗液和熱量向外散發(fā),達(dá)到既能防毒,又能散熱透氣的目的。透氣式防護(hù)服可分為化學(xué)浸漬服和含炭透氣服。活性炭纖維是制備含炭透氣服的主要材料之一。

活性炭纖維在防護(hù)裝備中的應(yīng)用是以活性炭纖維復(fù)合織物為含炭層，這種技術(shù)采用纖維狀活性炭與聚酸織物、聚酯胺織物或棉織物復(fù)合，經(jīng)過(guò)阻燃等后處理技術(shù),實(shí)現(xiàn)防毒、阻燃、防水、防油、偽裝等功能。與其他形態(tài)的活性炭相比，纖維狀活性炭成型性好，易于制成各種形態(tài)的織物，更易于與其他織物的復(fù)合,制成的防化服體積小，，便于戰(zhàn)爭(zhēng)中應(yīng)用。

 

2活性炭纖維的抗菌性能

在人體皮膚表層上存在著一定量的微生物群。正常情況下皮膚與細(xì)菌之間處于比較穩(wěn)定的微生態(tài)系統(tǒng),但當(dāng)這種平衡被打破,細(xì)菌過(guò)量繁殖時(shí),就會(huì)導(dǎo)致皮膚感染,引發(fā)疾病。

活性炭纖維因其優(yōu)異的吸附性能微生物易在活性炭纖維上附著,因此可以吸附大量的細(xì)菌。但是活性炭纖維織物并不能滅菌，于是利用活性炭纖維的氧化還原特性通過(guò)浸漬法、熱分解法和混練法等方法制備載銀、碘、銀/錳等元素粒子的活性炭纖維。

2.1 活性炭纖維的抗菌能力

載銀后的活性炭纖維對(duì)細(xì)菌的吸附數(shù)量增加了，這時(shí)的載銀活性炭纖維對(duì)細(xì)菌的吸附既有物理吸附,又有化學(xué)吸附,但是物理吸附起主導(dǎo)作用。不同種纖維材料所制得的載銀活性炭纖維抗菌能力不同，載銀劍麻基活性炭纖維的抗菌性能較好,通過(guò)磷酸活化法制備的載銀活性炭纖維的滅菌能力最強(qiáng)，并且活性炭纖維隨著載銀量的增大而增強(qiáng)，其次還受活性炭纖維比表面積和銀顆粒大小的影響。研究表明，載銀活性炭纖維和載碘活性炭纖維在動(dòng)態(tài)條件下,對(duì)大腸桿菌殺菌能力達(dá)98%，對(duì)金黃色葡萄球菌、白色念珠菌.枯草桿菌等殺滅率達(dá)100%。

2.2活性炭纖維的抗菌機(jī)理

載銀活性炭纖維是靠沉積在活性炭纖維上的單質(zhì)銀在水中電離成Ag+,吸附帶負(fù)電荷的細(xì)菌,當(dāng)細(xì)菌表面含量達(dá)到一定數(shù)量后,便向細(xì)菌體內(nèi)滲透并與蛋白質(zhì)結(jié)合,影響菌體新陳代謝,使細(xì)菌死亡,所以銀含量增加將有助于滅菌率提高。

載碘活性炭纖維滅菌是靠碘直接鹵化菌體蛋白質(zhì)，產(chǎn)生沉淀使細(xì)菌死亡。而載銀/錳金屬元素的活性炭纖維具有抗菌除臭功能。活性炭纖維除可防御常規(guī)細(xì)菌外,還可以防御空氣中傳播的細(xì)菌。

據(jù)外國(guó)新聞媒介報(bào)道，美國(guó)發(fā)明了一種吸附效果超強(qiáng)的活性炭纖維,可以防御空氣中傳播的細(xì)菌和神經(jīng)毒氣炭疽菌等。醫(yī)務(wù)人員的普通口罩只能防塵，無(wú)法達(dá)到對(duì)飛沫傳播、空氣傳播的病毒的防護(hù)(5μum以上的微粒稱飛沫傳播,5 μm以下的微粒稱空氣傳播) ,因此可采用活性炭纖維作為防護(hù)材料。

 

3活性炭纖維的核防護(hù)性能

活性炭纖維對(duì)化學(xué)物質(zhì)及化學(xué)輻射具有高效的吸附特性，因此還可用于制成防輻射的防護(hù)服和核電站的防護(hù)材料。

在核工廠、有高壓電子設(shè)備以及X射線的環(huán)境中,需要特殊的能夠防射線的防護(hù)服。這種防護(hù)服一般采用共聚物涂層，但為了提高舒適性,使人體產(chǎn)生的汗氣能通過(guò)服裝散發(fā)出去,現(xiàn)在核防護(hù)服中加入一定比例的活性炭纖維。

活性炭纖維還可用于監(jiān)測(cè)全球大氣中133 Xe的活度變化。放射性稀有氣體133 Xe是由核反應(yīng)產(chǎn)生的裂變產(chǎn)物，由于大氣中氙氣含量很低,因此通過(guò)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)可能存在的核事件,這主要是利用活性炭纖維中的微孔的狹窄分布對(duì)放射性氣體(氙)有較高的吸附熱。同時(shí)它還可以用于核廢氣凈化和核電站防護(hù)材料等方面。如氣相的放射性碘,由于分子體積小，難于吸附,現(xiàn)可利用活性炭纖維的氧化還原性能,將能與碘的同位素反應(yīng)的物質(zhì)(碘化鉀)添載到活性炭纖維上來(lái)除去放射性氣體中的碘。

 

4結(jié)束語(yǔ)

活性炭纖維是一種高性能的防護(hù)吸附材料,隨著科技的進(jìn)步，活性炭纖維性能將有更大的改善，與其他材料復(fù)合后將在防護(hù)裝備中有更加廣闊的發(fā)展空間。

 

參考文獻(xiàn)

1. 馬繼東.生化武器與秘密戰(zhàn)爭(zhēng)[M].北京:解放軍文藝出版社,2002

2.方華，侯麗麗，王爾為.外軍的化學(xué)武器防護(hù)裝備U]. 現(xiàn)化軍事,2003(2)

3. Jjfang Wu. Lars -Gunnar Ham-marstrorm Ola Classon Ingrid Fang-mark.The influence of physico -chemical properties of VOLs on theactivated carbon adsorption capacity

4.陳煥祺，于萬(wàn)樵等.美軍防化服[J].兵器知識(shí), 2003(5)

5.康白.微生態(tài)學(xué)[M].大連:大連出版社，1988

6.萬(wàn)怡灶等.載銀活性碳纖維對(duì)大腸桿菌吸附作用的研究[].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 1999, 19(3)

7.曾戎，岳中仁，曾漢民.活性炭纖維表面結(jié)構(gòu)及其吸附銀機(jī)理研究[J].合成纖維工業(yè), 1998,21(4)

8.陳水挾，劉進(jìn)榮，曾漢民.幾類載銀活性炭纖維抗菌活性的比較[J].新型炭材料,2002,11(1)

9.朱征,具有滅菌功能活性碳纖維的研究[].離子交換與吸附,1995,11(3)

10.張建春.超微細(xì)纖維及防非典口罩的研制[J]. 中國(guó)衛(wèi)生質(zhì)量管理，2003(3)