活性炭ACF的特点及性能
来源: http://www.   发布时间: 2019-07-09 16:26   58 次浏览   大小:  16px  14px  12px

  活性炭纤维(Activated Carbon Fiber,以下简称ACF)是在炭 纤维技术和活性炭技术相结合的基础上发展起来的,是继粉状、粒状、纤维状活性炭(FAC)之后的 新型活性炭产品。纤维状 活性炭与粒状活性炭相比具有一系列优

  活性炭纤维(Activated Carbon Fiber,以下简称ACF)是在炭 纤维技术和活性炭技术相结合的基础上发展起来的,是继粉状、粒状、纤维状活性炭(FAC)之后的 新型活性炭产品。纤维状 活性炭与粒状活性炭相比具有一系列优点,它的微孔结构发达、吸附比表面积大、吸附速度快、净化效 率高以及解吸再生方便等优点,但也有 活性炭成品得率低、单价较高等缺点。ACF与FAC相比,具有FAC优点之外,还具有成品得率高、解吸再 生率高并且兼有纤维的各种特性,且由于 其结构上的独特性,克服了 传统活性炭应用过程中的缺陷。
  ACF主要成 分由碳原子组成,是以炭 纤维或预氧化纤维为初始原料,经高温 碳化和活化后形成的一种高效吸附材料。制备ACF的前驱 体材料主要是各向同性和各向异性的沥青、聚丙烯腈、粘胶丝和酚醛树脂,所用活 化方法有物理方法、化学方 法以及物理化学法。不同的 原料纤维可以制备不同基体的ACF,目前主 要有粘胶纤维基ACF、聚丙烯腈基ACF、酚醛基ACF、沥青基ACF、聚乙烯醇(PVA)基ACF、苯乙烯/烯烃共聚基ACF、木质素纤维基ACF等。其中,前4 种均已实现广泛应用,并应用在环境保护(如水处理、大气污 染处理和空气净化)、电子及能源方面、医学卫生等领域。随着科 技的发展与时代的进步,ACF种类越来越多、功能特性不断改进、应用领域不断拓宽,对人们的日常生活、工业生 产和新技术发展起着日益重要的作用。

四川活性炭
  1 ACF的特点及性能
  1.1 吸附脱附性能
  ACF微孔结构发达,微孔结 构直接分布于固体表面,吸附质 不需要像活性炭一样经长距离的大孔、过渡孔到达微孔,粒内扩散阻力小,缩短了吸附行程,因而吸附速度快,对气体 的吸附一般能在数十秒或几分钟达到平衡,使大量 微孔得到充分利用,这对于 废气废水的深度处理具有重要的应用前景,ACF再生率高,再生后 吸附容量恢复好,有利于多次循环使用。
  1.2 催化及氧化还原性能
  ACF表面含 有大量的有机官能团,如羟基、羰基、羧基、内酯基等,某些ACF还含有胺基、亚胺基及磺酸基等,这些有机官能团使得ACF具有较 强的氧化还原能力,因此可 以催化某些化学反应。ACF能将一 些电极电位较高的离子还原为零价或低价金属,利用ACF的氧化还原特性,能把钯离子、六价铬、银离子 和三价金离子还原,在贵金 属的回收和冶炼,以及高 价有毒有害废水的治理方面,有极重要的参考价值。
  1.3 电性能
  ACF是柔性的材料,并且具 有导电导热性好、耐高温、热膨胀性低、化学性 能稳定等优秀的特点,因此,它既能 够用在电吸附上,也可以 用在制作电极材料和电容器上。

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  2 ACF的应用和研究现状
  ACF具有吸 附速度快和易脱附的特性,可以加工成ACF纸、毡、毯、布和其 他特殊性状制品,ACF可用来 与其他材料复合成为多功能的吸附材料,以下将着重介绍ACF在环境保护、医学卫生领域、电子及 能源方面的应用现状。
  2.1 在环境 保护方面的应用
  2.1.1 四川活性碳水处理
  工业生 产排放出的废水中含有大量的化学污染物,通过采 取措施对这些污染物富集和回收,并对其进行加工处理,均可变废为宝。
  ① 吸附染料废水污染物。染料的 种类按特点可分为直接染料、硫化染料、还原染料、酸性染料、酸性络合染料、活性染料、钠夫孚染料、氧化染料、分散染料、阳离子染料等。染料废 水是指在生产染料和颜料过程中排放的废水,合成染 料在生产和使用过程中,有12%以废水形式排出,染料废 水具有成分复杂、色度高、可生化性差等特点,同时,染料废 水还有很强的毒性,主要是 因为有些原料和副产品中含有卤化物、氨基物、硝基物等有机物,并且,染料废 水的排放量也很大,而且排放具有间歇性、水质不稳定,属于难治理废水。如何有 效地解决其对环境的危害,一直以 来都是污水处理中的难题。近些年以来,国内外 对活性炭吸附处理染料废水的研究较多,目前,国内外 对于染料废水的处理方法主要有生物法、物理化学法、化学法 以及一些优化组合工艺等。

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  活性碳纤维(Activated Carbon Fibers,简称ACFs),是一种由1970年代开 发出来并且逐渐工业化的高效吸附材料。相比于 传统的粒状的活性炭,活性碳纤维(ACFs)具有以下性质:比表面积相对较高、表面具 有一些特殊的官能团,能够对 特定物质进行一定量的定向吸附;含碳量比例较高、纤维孔径分布窄、吸/脱附速度快、再生速率快且容易。基于上述优异特性,ACFs一出来 之后就给国内外的科研工作者带来了一种新的研究思路,最终也 在一定程度上促进了ACFs制品在空气净化、水处理、催化剂 以及能源化工等领域的应用。
  目前,市场上所存在的ACFs产品大多为微孔型,微孔型 不适合较大分子的吸附。此外,由于之前的ACFs产品大 多数采用间歇式活化方法制备所得的,力学性能较差,在使用 过程中粉末化严重,从而限 制了它在很多方面的应用领域。因此,寻求兼 具高比表面积和优异力学性能的高性能ACFs,以拓宽 其应用领域具有重要的意义。文章通 过借助连续式活化设备对现有活化方法进行适当改进的同时,利用了KOH+水蒸气 之间的协同活化作用,研究了 活化时间和水蒸气的量对PAN-ACFs样品结 构和性能的影响;并结合比表面积(BET)、X射线衍射(XRD)、力学性 能等表征测试手段,研究和分析了不同ACFs样品结构、吸附性 能和力学性能之间的关系,进而获 得制备高性能活性碳纤维的方法。该方法与传统的ACFs制备方法相比,具有效率高、操作简单等优点,且所得 样品综合性能优异,极大地拓宽了PAN-ACFs的应用领域。炭

 
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