[发明专利]一种超细活性炭纤维及其制备方法

说明书

本发明属活性炭纤维技术领域，公开了一种超细活性炭纤维及其制备方法。该方法将一定浓度的纤维原料分散液置于磨浆设备中进行原纤化处理，后经冷冻干燥后得到超细原料纤维；将超细原料纤维在空气中进行稳定化处理，在惰性气氛下进行碳化与活化处理，得到超细活性炭纤维。本发明制备的超细活性炭纤维直径为100‑500nm，微孔占比50‑80％，介孔占比20‑50％，平均孔径为1.9～2.2nm；具有较高的比表面积，可达691‑2200m²/g，碘吸附值为600‑1632mg/g，具有优异的吸附性能；且纤维强度高，无粘结不易粉化。与采用静电纺丝制备超细活性炭纤维的方法相比，该生产工艺简单且成本低，容易工业化推广。

技术领域

本发明属活性炭纤维技术领域，具体涉及一种超细活性炭纤维及其制备方法。

背景技术

活性炭纤维是在碳纤维和活性炭发展的基础上兴起的新型碳质吸附材料。与传统活性炭相比，活性炭纤维的纤维丝直径细，微孔结构发达，比表面积和吸附容量大，大量微孔直接开口于纤维表面，使小分子吸附质容易进入，因此吸脱附速率较快，动态吸附容量较大；且对各种无机和有机气体及水溶液中的有机物和贵金属离子等具有较大的吸附量和较快的吸附速率。同时，活性炭纤维的力学强度高，不易粉化，不会造成二次污染。活性炭纤维现已广泛应用于溶剂回收，空气净化，废水处理等领域。

超细纤维又称为微纤维，一般把纤维直径小于5微米的纤维定义为超细纤维。超细活性炭纤维是活性炭纤维的特殊形式，两者之间最大的区别在于直径。与活性炭纤维相比，超细活性炭纤维表面孔更浅，分布更均匀，相同处理条件下的比表面积和孔容积也更大，因此具有更优异的吸附性能。采用干喷湿纺法(余阳.新型微孔吸附剂-超细活性炭纤维的制备及其室内甲醛吸附性能研究[D],2011,东华大学，上海.)制备超细活性炭纤维前驱体，通过该方法制备得到的超细活性炭纤维的比表面积为1032.6m²/g。控制工艺条件是制备超细活性炭纤维的主流方法，但是该方法存在生产效率低、工艺控制因素复杂、设备成本高和产品的一致性相对不稳定的问题。

发明内容

为了解决现有技术的缺点和不足，本发明的第一目的在于提供一种超细活性炭纤维的制备方法，本发明的第二目的在于提供一种超细活性炭纤维。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种超细活性炭纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)将原料纤维分散在水中，得到纤维分散液，后进行原纤化处理，得到打浆度为40°SR-90°SR的纤维浆料；

(2)将纤维浆料进行冷冻干燥24-48h，得到超细原料纤维；

(3)将超细原料纤维在空气中进行稳定化处理；

(4)将稳定化处理后的超细纤维进行碳化与活化处理，得到超细活性炭纤维。

优选地，步骤(1)所述原料纤维是植物纤维，包括棉纤维、麻纤维、竹纤维、草纤维和木质纤维中的至少一种；或者所述原料纤维为聚丙烯腈纤维，芳纶纤维，天丝，聚对苯撑苯并二噁唑纤维中的至少一种。

优选地，步骤(1)所述纤维分散液浓度为2～15％。

优选地，步骤(1)中所述浆料的打浆度为60°SR～88°SR。

优选地，步骤(3)中所述的稳定化处理温度为150℃-250℃，反应时间为30-120min，升温速率为0.5-5℃/min。

优选地，步骤(4)中所述的碳化处理在惰性气氛中进行，碳化温度为600℃-800℃，升温速率5-10℃/min，碳化处理时间为30-180min。

优选地，步骤(4)中所述的活化处理为采用氧化性气体对纤维进行活化造孔，活化温度为700℃-950℃，升温速率5-10℃/min，活化时间为30-180min，所述氧化性气体为二氧化碳和/或水蒸气。