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1、活性炭纤维,主讲:李伟健 小组成员：05，14，17,分子式,活性碳纤维的主要成分是C，但也存在一些微量的杂原子，包括O,H,此外还有N,S等。它们与C结合形成相应的官能团，其中以含氧基团在活性碳纤维表面含量较为丰富。因此，我们无法得出其分子式。,反应式,物理性质和化学性质,活性炭纤维（ Activated Carbon Fibers, /ACF ），亦称纤维状活性炭，是性能优于活性炭的高效活性吸附材料和环保工程材料。其超过50%的碳原子位于内外表面，构筑成独特的吸附结构，被称为表面性固体。 它是由纤维状前驱体，经一定的程序炭化活化而成。,活性炭纤维的特性,1）吸附量大 2） 吸附速度快 3)
2、 再生容易，脱附速度快 4) 耐热性好 5) 耐酸、耐碱，具有较好的导电性能和化学稳定性。 6) 灰份少。 7) 成型性好，易加工成毡、丝、布、纸等形态 。,生产原料,活性炭纤维（ACF）的生产原料有粘胶纤维,聚丙烯腈纤维，酚醛纤维，沥青纤维，聚乙烯醇纤维及一些天然纤维如剑麻等，但工业上只要以前面两种为主。聚丙烯腈纤维在氧化碳化过程中会产生剧毒的HCN，且氧化工艺不易控制，难以制成高比表面积的产品。我国的活性碳纤维生产主要使用粘胶纤维为原料，使用聚丙烯腈较少。所以在这也以粘胶纤维为原料。,原料来源，原料性质，特性,原料来源：粘胶纤维是指从木材和植物藁杆等纤维素原料中提取的 纤维素，或以棉短绒为
3、原料，经加工成纺丝原液，再经湿法纺丝制成的人造纤维。原料特性：粘胶纤维具有良好的吸湿性，在一般大气条件下，回潮率在13%左右。吸湿后显著膨胀，直径增加可达50%，所以织物下水后手感发硬，收缩率大。粘胶纤维的化学组成与棉相似，所以较耐碱而不耐酸，但耐碱耐酸性均较棉差。富纤则具有良好的耐碱耐酸性。同样粘胶纤维的染色性与棉相似，染色色谱全，染色性能良好。此外粘胶纤维的热学性质也与棉相似，密度接近棉为1.501.52g/cm3。,活性炭纤维生产方法优缺点,由于前驱体原料的不同,ACF的生产也会有所不同,其在生产中一般是有机前驱体纤维在低温300左右下进行稳定化处理,ACF不需单独炭化,其炭化与表面功能
4、处理可同时进行。在碳含量增加的同时进行活化,可以使用氯化锌、磷酸、氢氧化钾等活化剂进行化学活化或用二氧化碳或水蒸气进行物理活化,温度控制在800900。采用不同的处理工艺会产生不同的孔隙结构及吸附性能,在活化过程中,炭质与活化介质发生反应,使一部分炭被气化成微细孔隙,同时炭化过程中打开孔隙,使之具有吸附剂的功能。用于ACF前驱体的功能性纤维是纤维素、聚丙烯腈基、酚醛基、沥青基等。在生产ACF之前,应先将有机原纤维在300下进行几十分钟或几小时的不熔化处理,之后再进行炭化处理。也可将炭化与活化同时进行,活化方法有物理活化法与化学活化法两种。化学活化是用氢氧化钾、磷酸或氯化锌等进行处理,工业上的活
5、化是以气相联系活化法为主,用水和二氧化碳为活化介质,在惰性气体如氮气的保护下于800的温度下进行处理。,活性炭纤维生产工艺路线优缺点,31 功能化可以通过调节工艺过程中的操作条件控制其内部的孔结构与孔径分布,其主要方法是:(1)活化法,可选用不同的活化工艺或改变活化程度来达到生成钠米级的分子筛碳纤维至钠米级的通用ACF,采用活化法可获得以微孔为主的ACF。(2)催化活化法,此方法可使ACF形成中孔,并在原纤维中添加金属化物或其他物质,再进行炭化活化,也可采用ACF添加金属化合物后再进行活化的方法,在活化时,金属离子或其他物质对结晶性比较高的炭起选择气化作用,催化活化法是生成中孔的最好途径,为使
6、ACF具有大孔,最好使原料纤维预先具有接近大孔的孔径。(3)蒸镀法,在加热条件下使ACF与含烃气体如甲烷等接触,由于烃类发生热解,产生的炭在细孔壁上蒸镀,使细孔的孔径变小,可进一步提高吸附的选择性。(4)热收缩,可将ACF进行高温处理以调整其孔隙结构,使基孔径变小和增大比表面积,在吸附剂微孔大小为吸附质分子临界尺寸的两倍时,吸附质易于被吸附,这时吸附质分子能有效地接受微孔表面叠加的吸附立场,从而充分发挥微孔的作用,可调整孔径以使ACF细孔与吸附质的分子尺寸相当,获得最佳的吸附效果。,活性炭纤维生产工艺路线优缺点 32 表面改性,在ACF表面存在着一定量的亲水性含氧基团,基极大的影响吸附性能可通
7、过处理改变ACF的表面亲水性与疏水性,ACF在经900的高温处理或氢化处理后可脱除含氧基团使之还原,其亲水基减少,可提高对含水气流或水溶液中的吸附能力。反之,也可经过气相氧化和液相氧化的方法获得高酸性表面。气相氧化法是在330左右的温度下用空气进行氧化使之在ACF表面导入含氧基团,液相氧化是用双氧水等氧剂在酸性条件下与ACF进行反应,随着酸浓度的增高,ACF的表面酸性增加,对酸性有机物吸附性能降低,从而改善对水的吸附力。在使ACF与氯气反应时可使基表面由非极性转化为极性,提高对极性分子的吸附能力,通过浸渍法或混炼法在有机物前驱体纤维中添加重金属离子后,由于配位吸附作用可改善对硫化氢等恶臭物质的
8、吸附。在ACF中引入酸性基团或碱性基团后可改善对香烟臭的吸附等,在ACF表面上添加银离子后,对大肠杆菌,黄色葡萄状球菌等具有极好的杀菌作用。基载银工艺是在用硝酸银溶液浸渍时采用加热工艺,使银充分浸入炭体内,减少银液损失,加热载银牢固,均匀,寿命长,灭菌效果好,可用于水的净化处理等。,产品方案的确定,活性碳纤维(ACF)的生产原料有粘胶纤维、聚丙烯腈纤维、 酚醛纤维、沥青纤维、聚乙烯醇纤维及一些天然纤维如剑麻等， 但工业上以前两种为主。聚丙烯腈纤维在氧化碳化过程中会产 生剧毒的HCN，且氧化工艺不易控制，难以制成高比表面积的 产品。我国的活性碳纤维生产主要使用粘胶纤维为原料，使用聚丙烯腈较少。,
9、产品方案的环境评价,废气治理是大气污染控制过程中的一个重要环节。有机挥发性气体广泛存在于工业和家庭设施中，不仅给工农业生产造成影响，而且对人体的健康也有极大的危害。空气中挥发性有机物(VOCs)是石油、化工和一些轻工业如制药、印刷、涂料、制鞋、玩具等行业在生产中产生的最常见的污染物。一些则是剧毒物质，如某些树脂、含氯化合物(氯乙烯等)、有机磷化合物等；更多的是毒性较小的VOCs，如醛、酮、烷烃、苯环系列及其衍生物等，长时暴露在这些物质污染的环境中就会引起中毒事故，严重的导致终身伤残，甚至致死1。VOCs的污染防治问题逐渐受到重视，引进国外治理设备存在投资大、运行成本高的问题，国内传统工艺存在技
10、术落后、运行不稳定、效率低的问题，因此亟待研究开发新的治理工艺。,产品方案的环境评价,吸附法作为处理有机废气的应用最为广泛，以其去除率高、净化彻底、能耗低等特性越来越受到人们的关注。活性炭纤维(ACF)是20世纪70年代发展起来的，以其独特、优越的性能大大增强了炭质吸附剂的功能，拓宽了炭质吸附剂的应用领域，是一种新型、高效的吸附材料。与传统的活性炭相比，ACF具有优良的结构特征，它含碳量高、比表面积大，微孔丰富、孔径分布窄，并带有一定量的表面官能团。这些特征有利于吸附和脱附，使得ACF对各种有机化合物具有较大的吸附量和较快的吸脱附速度2。而且，ACF可以制成布、毡等各种各样的形状，这就使得它比传统的活性炭颗粒具有更优越的吸附性3。近年来研究人员对ACF对气体的吸附特性做了很多研究，如VOCs、NOx和SO2等。本实验以甲苯为研究对象，采用粘胶基ACF吸附装置对甲苯废气进行吸、脱附实验研究。,再见,谢谢观赏,
