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廣東韓研活性炭科技股份有限公司
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閱讀：405發(fā)布時(shí)間：2021-11-29
活性炭制造的纖維于其特殊的特性如高速吸附速率和易于處理而被稱(chēng)為優(yōu)異的吸附劑材料。制造活性炭纖維需要額外的活化方法，并且可以由纖維素，酚醛樹(shù)脂，瀝青和聚丙烯腈來(lái)制備。在本工作中，氧化的5.0dtex紡織聚丙烯腈纖維被碳化成活性炭纖維。在不同加熱速率下的碳化過(guò)程中，對(duì)纖維的形貌特征進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，以確定碳纖維生產(chǎn)用作活性炭纖維原料的碳化條件。
簡(jiǎn)單介紹活性炭與活性炭纖維
活性炭(顆粒狀，粉狀或模塑形式)是泛使用的吸附劑材料之一，因?yàn)榛钚蕴磕軌蛟趶V泛的吸附物上起作用。通常，活性炭用于可飲用和廢水處理以及在許多其它應(yīng)用中需要去除通常分散的污染分子的情況。
活性炭纖維與普通活性炭相比具有特殊的特性，它能使其能夠轉(zhuǎn)變?yōu)榭椢?，紡織或紗線形式，使其具有自我維持的特性。此外，活性炭纖維在其表面上顯示了明確定義的孔結(jié)構(gòu)，為特定組分提供了高且快速的吸附能力。盡管活性炭纖維應(yīng)用的所有優(yōu)點(diǎn)，由于其成本相對(duì)較高，因此其使用受到限制。
使活性炭纖維成為非常特殊的吸附劑材料的最重要的特征之一是它們的孔徑分布。由普通活性炭提出的孔的結(jié)構(gòu)是梯狀結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，微孔位于中孔內(nèi)，其又插入大孔結(jié)構(gòu)中。分子被吸附的主要機(jī)理可以通過(guò)篩選過(guò)程來(lái)總結(jié)，其中分子首先穿過(guò)大孔，其次分子是中孔，隨后發(fā)現(xiàn)這些微孔被吸附。在活性炭纖維的情況下，可以直接在其表面上發(fā)現(xiàn)大量的微孔，從而導(dǎo)致更快和更少的能量吸附機(jī)制，特別是對(duì)于氣體。
用于從碳纖維生產(chǎn)活性炭纖維的常用方法與用于交流生產(chǎn)的方法不同。該過(guò)程可以簡(jiǎn)單地描述為在700和1000℃之間的溫度下的氧化劑熱處理。
可以通過(guò)使用不僅與活性炭表面反應(yīng)而且與體原子反應(yīng)的合適的進(jìn)料氣體來(lái)進(jìn)行有效的活化過(guò)程。如果反應(yīng)僅在其表面上進(jìn)行，則碳纖維會(huì)損失其表面上的所有原子，并且不會(huì)產(chǎn)生孔隙，但是如果氧化發(fā)生在大體積碳原子上，則可以促進(jìn)纖維的機(jī)械性能的快速損傷?；钚蕴坷w維的孔分布特征和所有物理特性強(qiáng)烈依賴于活化工藝參數(shù)和原料(碳纖維)質(zhì)量。
熱處理活性炭纖維的比重和密度變化
圖2a，b分別顯示了10℃/分鐘和100℃/分鐘處理的活性炭樣品的沉浮物濃度測(cè)量結(jié)果和氦超比重瓶比重測(cè)定。匯浮法基于凈體積，而在氦超比重瓶中，通過(guò)產(chǎn)生更高的活性炭纖維密度值的所有可及孔體積來(lái)扣除體積。因此，通過(guò)這兩種方法對(duì)相同樣品產(chǎn)生的值的差異可以推測(cè)為由于未被溶劑填充但由He氣體接近的孔的量。
圖2a中曲線的分析顯示，在低加熱速率下處理的樣品的比重瓶密度隨著溫度而升高，直到在950℃ 下值為1.90g·cm -3，并且高于其觀察到降低行為。水槽浮動(dòng)密度曲線顯示兩個(gè)值，首先在850℃，第二個(gè)在1000℃，活性炭之間的谷值在900℃時(shí)具有最小值(1.68g·cm -3)。對(duì)于在較高加熱速率下處理的樣品，也觀察到類(lèi)似的曲線形式和形狀(圖4b); 然而，在兩種密度測(cè)定方法的曲線中觀察到在650,850和950℃下具有值的三個(gè)帶。驗(yàn)證了兩個(gè)差異，首先在900℃，第二次在950℃，分別為10℃/分鐘和100℃/分鐘。觀察到的差異可歸因于在較高的加熱速率處理中發(fā)生的高揮發(fā)反應(yīng)，與的聚合反應(yīng)相比較，其中聚合反應(yīng)更明顯并導(dǎo)致較低的質(zhì)量損失水平。圖1顯示了活性炭纖維顯微照片，可以觀察到具有略微粗糙和不規(guī)則表面的相似圖案。這些不同的形態(tài)方面可能與活性炭纖維前體的不同聚合物組成以及在活性炭纖維上進(jìn)行的不同氧化條件有關(guān)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)溫度為900?950℃的碳化反應(yīng)被認(rèn)為適用于單步驟的弱活性炭纖維生產(chǎn)，獨(dú)立于加熱速率(10℃/分鐘或100℃/分鐘)。通過(guò)兩種不同方法的密度測(cè)定可以清楚地顯示活性炭表面上存在微孔?；钚蕴坷w維表面產(chǎn)生的開(kāi)孔為950℃?100℃/分鐘，為多分散型，直徑范圍為1.3?3.5nm(DA)，SEM顯微照片觀察到較大的孔隙。但是可以觀察低于2nm孔徑的狹窄的選擇。生產(chǎn)的活性炭纖維上的微孔結(jié)構(gòu)給出了348至469m 2 / g(DA)的微孔的比表面積，對(duì)于將這些活性炭纖維分類(lèi)為高活性材料而言，它們的價(jià)格相對(duì)較差，但可以認(rèn)為是執(zhí)行后續(xù)的激活過(guò)程，這可能將纖維材料轉(zhuǎn)化成用作吸附或篩分介質(zhì)的活性炭材料。
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