[发明专利]一种比表面积达到2500m2/g的活性炭纤维材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于活性炭纤维材料制造领域，特别涉及比表面积达到2500m²/g的活性炭纤维材料的制备方法。 

背景技术

随着人类文明的进步和现代工业化的飞速发展，大量的有毒气体、工业污水、固体污染物的产生，给人类的生存环境造成极其严重的危害，特别是工业垃圾及排污废水对地表及地下水体的污染，使得本来很短缺的淡水资源受到严重污染，大量SO2气体的排放，造成大面积酸雨，对农牧业、林业、建筑造成及大危害。过量排放CO2气体，引起温室效应，导致两极冰川溶化，海平面上升，全球气候恶劣，自然灾害频繁，所有这些引起国际社会的极大重视，各国政府都将环境保护作为国家持续发展的根本保证，对环境保护的投入逐年增加。据统计，1998年全球的环保市场为6000亿美元，目前已经超过1万亿美元。有毒气体和工业城市污水是造成环境污染的两大“元凶”，目前对有毒气体和工业城市污水最简单、有效、廉价的处理方法就是采用活性碳材料吸附法，可以说，活性炭在保护环境方面具有举足轻重的作用，是任何其他材料都无法替代的，同时活性炭还在工业及民用方面广泛使用，正因为如此，全球市场对活性炭的需求一直呈上升趋势。 

活性碳纤维（activated carbon fibre,ACF）是20世纪60代初在高性能碳纤维的基础上，将碳纤维在250℃－500℃空气预氧化或不熔化后，在900℃左右高温加惰性气体保护下加入活化介质研制出了ACF，20世纪70年代中期活性碳纤维在日本开始工业化生产。我国实现工业化生产是在1992年以后。在此之前，在环保和工业领域应用的碳材料先后出现过活性碳粉末（PAC）、颗粒活性碳（GAC）以及将活性碳粒子热熔或粘附在玻璃纤维或有机纤维上的纤维状活性碳（FAC）。与传统的GAC、PAC、FAC不同，活性碳纤维是由沥青纤维或有机纤维经碳化、活化而得到，它具有高度发达的微孔结构，孔径分布窄，微孔直接开口于纤维表面，吸附容量高，吸、脱附速度快，可导电，热膨胀系数小，耐腐蚀，具有比传统活性碳更优良的吸附性能和吸附动力学性为。产品有长丝束、短切纤维、纤维毡、纤维布、织物、非织物、纤维纸等形状，还可与其他纤维如芳酰胺、玻璃纤维、陶瓷纤维、超吸水纤维及离子交换纤维等混合制成各种制品，也可制成高功能性复合材料，所制产品成型较好，不易粉化，在振动下不会产生装填松动和过分密实现象，由于独特的结构，与传统活性碳相比，其吸附容量、吸附及脱附效率具有无可比拟的优越性，同时ACF还具有较好的导电性能，因而可作为电子和电极材料,随着ACF的生产技术和工艺的不断提高和完善,产品性能必将得到进一步提高,在环保和其他领域将具有更加广泛的应用前景,其经济和社会效益将是非常可观的。 

活性碳纤维的最大特点是吸附容量大，耐热、耐酸、碱。ACF对汽油、醛类、醇类、酚类、烯烃等有机蒸汽吸附量比GAC大几倍至几十倍，对无机气体有很好的吸附能力（如NO、NO2、 SO2、H2S、HF、HCL等），对水溶液中物质（如染料、苯酚、COD、BOD、油、挥发酚、硫化物、铁离子、贵重金属离子等）的吸附量比GAC高得多，它对微生物、细菌也有优良的吸附能力。由于ACF具有良好的吸附能力，其3~4毫米厚的床层可以与20~100毫米厚的GAC取得相似的效果，ACF不仅对高浓度吸附质的吸附能力明显，对低浓度吸附质的吸附能力也特别优异，如：当甲苯气体浓度低到10ppm以下时，ACF还能对其吸附，而GAC必须高于100ppm时方始吸附，能将浓度为5~10ppm的含酚废水中酚的含量降到0~0.5ppm，是目前已知的其它吸附剂所不能达到的。ACF具有特殊的孔结构，使得其吸附和脱附速度较GAC、PAC快的多。ACF对气体的吸附数十秒至数分钟可达平衡，当吸附10%甲苯时，ACF比GAC快4倍。在解吸时，ACF只需3分钟便可完全解吸，而GAC方始解吸，对液体的吸附几分钟至几十分钟可达平衡。吸附I2，ACF为几十秒，而GAC为104~105秒，两者相差2~3个数量级，因此可用ACF吸附高风速的含不同浓度有机溶剂的的工业废气，吸附中不易产生漏吸现象，有利于ACF单柱吸附，利于废水的净化处理。