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活性炭纤维的命名及种类有哪些?

文字:[大][中][小] 手机页面二维码 2018-1-5     浏览次数:    

  活性炭纤维是以高聚物纤维为原料,经高温碳化和活化而制备的一种纤维状吸附分离材料。依据纤维原料的不同,人们将活性炭纤维分为不同种类,称为基活性炭纤维。
  至今为止,已有许多种类活性炭纤维开发了出来。从理论上讲,只要在高温条件下不熔融,或者经预氧化等预处理后能在高温下保持纤维形状的纤维原料都可作为先驱体用于制备活性炭纤维。以下按所用纤维的结构特点进行简单的归纳和介绍。
  1. 纤维素基活性炭纤维
  纤维素纤维是用于制备活性炭纤维的原料,也是至今为止研究得多。应用广泛的活性炭纤维之一。用于制备活性炭纤维的纤维素纤维可分为再生纤维素纤维和天然纤维素类纤维。
  用再生纤维素纤维研制的活性炭纤维有:棉绒点胶基活性炭纤维,木桨黏胶基活性炭纤维,甘蔗渣黏胶基活性炭纤维,醋酸纤维素基活性炭纤维,铜铵纤维素基活性炭纤维等。
  用再生纤维素纤维制备活性炭纤维时,其碳结构比较疏松而易于活化,所以在相同条件下碳化-活化时一般比聚丙烯腈基或沥青基活性炭纤维容易获得更大的比表面积和吸附容量。纤维素含量较高的天然麻纤维用于制备活性炭纤维,如剑麻基活性炭纤维,苎麻基活性炭纤维;还有用椰子棕纤维等制备活性炭纤维的报道。天然纤维资源丰富,价格低廉,可望降低活性炭纤维的生产成本。但由于纤维原料中含有许多非纤维素的杂质组分(如胶类等) ,因此所制产品一般比较脆。
  纤维素纤维本身的理论含碳量较低(为44%),所以,相应活性炭纤维的活化得率低。尽管现在采用了各种盐浸渍预处理工艺,但通常的活化得率(水蒸气活化时) 也仅为20%左右 (相应比表面积为1000~l500m2/g)。而聚丙烯腈基、酚醛基、沥青基活性炭纤维在得率方面有很大提高。
  2. 聚丙烯腈基活性炭纤维
  聚丙烯腈纤维经过空气预氧化后形成高温不熔融的梯形结构,从而成为一种很好的制备活性纤维的原料。聚丙烯腈纤维理论含碳量68%,活化得率通常可达30%,机械强度较好,但同等条件碳化-活化所得产品的比表面积比纤维素基活性炭纤维稍小。聚丙烯腈基活性炭纤维本身含有一定量氮原子基团,因此对于某些物质(如含硫物质) 有较强的吸附能力。
  3. 沥青基活性炭纤维沥青基活性炭纤维以价格低廉的沥青为原料,经过缩合、调制、纺丝、碳化-活化而成,理论含碳量非常高(约93%),因而产品活化得率高,强度也较好,吸附性能居于纤维素基和聚丙烯腈基活性炭纤维之间。
  以上三大类活性炭纤维是目前研究和应用广泛的活性炭纤维。
  4. 酚醛纤维基活性炭纤维酚醛基活性炭纤维的出现仅晚于黏胶基活性炭纤维,20 世纪70 年初以后已经有不少研究报道。用于制备活性炭纤维的酚醛纤维由苯酚和甲醛反应而成,经过合成线型聚合物,溶液或熔融纺丝,进一步固化使其形成不熔融的体型聚合物。与纤维素相比,酚醛纤维具有较高的含碳量 (理论含碳量77%) ,产品活化得率高,比表面积可达2500~3000m2/g,但产品力学性能较差,异粉化。
  5. 其它活性炭纤维
  除了上述活性炭纤维外,还有许多纤维被人们用于制备活性炭纤维,包括:木质素纤维,聚乙烯醇纤维,聚苯乙烯纤维,萨朗纤维,聚酰亚胺纤维等。
  为了改善活性炭纤维的结构和性能,人们通过接枝共聚、共聚物或共混物纺丝等方法进行纤维原丝的分子设计,制备一些特殊的原丝,从而制得一些独特的活性炭纤维。例如,黏胶纤维表面接枝聚丙烯腈,经碳化-活化制备的活性炭纤维不仅比表面积较大,而且有较高的N元素含量,提高了对含硫物质的吸附容量。
  采用两种同质异构沥青为原料制成复合沥青纤维,其中芯部结构较密,表部结构较疏松,可控制所制活性炭纤维的比表面积和微孔结构。
  采用两组分复合纤维为原料,其中一个组分较容易活化,如纤维素纤维、酚醛纤维等,另一组分较难活化如聚丙烯腈纤维、沥青纤维或高性能炭纤维。这种复合纤维制备的活性炭纤维不仅具有较好吸附性能,而且有较高强度,这对于防毒衣等的制造是非常有用的。此外,将酚醛树脂涂覆玻璃纤维上,炭化和活化可制备纤维状炭材料。
  通过高压静电纺丝可以制备纳米纤维,用这些纳米纤维为基体,经过炭化活化可制备系列纳米活性炭纤维,纤维具有高比表面积,可用于制作电双层电容器的电极及吸附剂。
  采用织物原料,可以制备相应的活性炭纤维织物,称之为:活性炭(纤维)纱,活性炭(纤维)线,活性炭(纤维)布,活性炭(纤维)毡,活性炭(纤维)纸等,这些活性炭纤维织物也可以通过使用活性炭纤维与适当的有机纤维混合后加工制得。文献中还报道用芳酰胺废弃纤维(Nomex) 为前驱体制备活性炭纤维,之后与酚醛树脂复合制得复合物,可用于作为催化剂载体等,通过异丙醇凝胶化和超临界干燥工艺,可制备活性炭纤维/炭气凝胶复合材料。

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