活性碳纤维的制备及性能研究
活性炭纤维(完整)方
ACF碳纤维和其他活性炭材料吸附能力对比
粉末活性炭（Pac）<活性炭棒（CTO）<颗粒活性炭（GAC）<碳纤维（ACF）
三.活性炭的合成方法及原理
1.合成方法 ：目前用作活性炭纤维前驱体的有机纤维主要 有粘胶基、聚丙烯睛基、沥青基、酚醛基四种，除此之外 ，还有采用其他原料制成的，如聚偏二氯乙烯、聚酞亚胺 纤维、PBO纤维、聚苯乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚氯乙 烯基、PVA基等，不同的原料纤维有不同的炭化和活化特 性，制成的活性炭纤维的特点有所不同 2.原理：活性炭纤维是经过活化的含碳纤维，将某种含碳 纤维，经过高温活化（不同的活化方法活化温度不一样） ，使其表面产生纳米级的孔径，增加比表面积，从而改变 其物化特性。
3）大气治理和空气净化
4）应用于医学领域 5）有机合成催化剂或催化剂载体
1、饮用水的净化
ACF的微孔孔径具有可调节性，可以针对不同的有机微污
染物，选择性的设计出具有不同吸附性能的ACF，从而能 够去除水源中的各种污染物质。 ACF对水质混浊有明显的澄清作用，可以除去水中的异臭、 异味；对氰、氯、氟、酚等有机化合物去除率达90％以上， 对细菌有极好的过滤效果，如大肠杆菌去除率达98％。
四.活性炭的加工工艺
目前活性炭纤维的生产主要是聚丙烯腈基和沥
青基、黏胶基，其他炭纤维很少。 活性炭纤 维生产加工工艺如下1)浸渍(预处理)；2)氧化 工艺；3)碳化工艺；4)活化工艺，活化时尽可 能多地造孔，形成多孔结构
活性炭纤维加工工艺流程图
五.活性炭纤维应用情况
1）废水治理及水净化 2）回收溶剂
1.活性炭纤维优良的吸附性能：
吸附容量大，达到吸附平衡的速率快，对有机
蒸气的吸附量比粒状活性炭大几倍甚至几十倍；
碳纤维的制备方法是什么
碳纤维的制备方法是什么碳纤维是一种由碳纳米纤维组成的高性能纤维材料，具有轻量化、高强度、高模量、耐高温和耐化学腐蚀等优良性能，广泛应用于航空航天、汽车、体育器材等领域。
本文将详细介绍碳纤维的制备方法。
一、纤维前驱体的制备：纤维前驱体是制备碳纤维的关键，一般采用聚丙烯腈（PAN）、天然纤维（如纤维素）和聚酰胺（如聚4,4'-二苯基二氨基甲烷和4,4'-二氟二苯基二甲烷）等有机物作为原料。
1.聚丙烯腈纤维前驱体制备：先将聚丙烯腈颗粒溶解在碱性条件下形成聚丙烯腈纤维前驱体溶液。
然后通过纺丝、拉伸等工艺制备纤维前驱体丝束。
接下来，对纤维丝束进行化学交联处理，使其纤维间生成交联结构，并在拉伸时形成微颗粒和纤维束，提高丝束的机械性能。
2.天然纤维前驱体制备：天然纤维（如亚麻、大麻、竹纤维等）通过酸碱处理、染色等工艺得到纤维前驱体。
3.聚酰胺纤维前驱体制备：在有机溶剂当中通过缩聚反应，将聚酰胺形成纤维前驱体。
二、纤维化与热解：将纤维前驱体进行纺丝、拉伸等工艺，得到纤维预体。
接下来，纤维预体经过一系列化学和物理处理，去除其中的杂质和残留气体。
然后通过高温炭化，将纤维预体中的有机物转变为无机碳，并形成纤维微结构。
三、高温处理：将炭化后的纤维进行高温处理，通常在2000℃以上的高温下进行。
高温处理主要有高温碳化、石墨化、热解等不同工艺，旨在提高纤维的结晶度和力学性能。
四、特殊处理：针对具体的应用要求，可能需要对碳纤维进行表面处理、功能化修饰等特殊处理，如掺杂其他元素、进行表面活性剂处理、表面改性等。
总结起来，碳纤维的制备过程包括纤维前驱体的制备、纤维化与热解、高温处理和特殊处理。
其中，纤维前驱体的制备对碳纤维的性能和品质有着重要影响，纤维化与热解过程使有机物转变为无机碳，并形成纤维微结构，高温处理提高碳纤维的结晶度和力学性能，特殊处理则根据需要对碳纤维进行表面处理或功能修饰。
碳纤维的制备方法不断发展和完善，目前已经有了多种制备工艺，如湿纺法、干纺法、熔融纺丝法等。
活性炭纤维制备技术研究
活性炭纤维制备技术研究（杭州科鉴建设工程检测有限公司浙江杭州 310030）摘要：活性炭纤维具有十分优异的吸附、催化性能，在我国得到了广泛的研究，并广泛应用于环保、化工等各个领域，本文从活性碳纤维的表面结构、孔结构、吸附性能、制备过程中预氧化、碳化和活化工艺及其在环保领域的应用方面进行了探索。
关键字：活性碳纤维；吸附；生产工艺活性炭纤维（activated carbon fiber-acf），亦称纤维状活性炭，作为一种理想的高效吸附材料，是在碳纤维技术和活性炭技术相结合的基础上发展起来的，是继粉状和粒状活性炭之后的第三代活性炭产品，acf是一种高效的吸附分离材料，并以其特殊的表面化学结构和物理吸附特性、催化特性等，被广泛应用于环保、化学化工、食品、医疗卫生、国防军工、航空航天、原子能、电子、交通运输、纺织和日常生活等领域。
1活性炭纤维的结构、性能acf的直径一般为10-30μm，亦被称为纤维状活性炭。
acf主要由c、h、o三种元素组成，其中c的含量均在85%以上，另外pan 基acf、沥青基acf含有氮元素。
活性炭纤维的表面约有60%的c 以类石墨碳形式存在，超过50%的碳原子都位于内外表面，由于表面碳原子的不饱和性，它可以以化学形式结合碳以外的原子及原子基团，从而构成了独特的表面化学结构。
微晶碳在比燃烧温度低的条件下与氧反应生成表面氧化物，主要有羧基、酚羟基、醌基等含氧官能团，此外还有含s、n、卤素等官能团。
对表面特性研究表明，表面酸性与吸附平衡有着密切的关系。
表面酸性增加，对酸性及中性有机物的吸附能力降低，对碱性有机物吸附能力增强，而对水蒸汽的吸附则相反[9]。
acf属于紊乱碳层堆叠的类石墨微晶结构，其基本结构单元是石墨带状层面，石墨层面中π电子具有一定的催化活性，边缘及表面缺陷处的碳原子所具有的不成对电子也可在催化中发挥作用，由于acf表面具有各种酸碱性质不同的含氧基团，它们与金属活性组分的相互作用能力不同，从而对许多反应具有催化作用。
木质活性碳纤维的研究及发展现状
活 性碳 纤维 由纤维 状前 驱体 经一 定 的程序 炭 化 、
原料 ， 不但可以实现活性碳纤维原料 的可持续利用 ， 而且
活化 而成 ，由于其 具有较发 达的 比表 面积和较 窄的孑 Ｌ 径 以及耐 酸碱 、 耐腐 蚀等特性 ， 因此在 环境和 资源保 护
领 域具有 良好 的应 用前景 ， 被人们誉 为 ２ １ 世纪最先 进 的环境保护材料之一 。目前 ， 活性碳纤维的制备原料主
（ １ ． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｐ ａ ｃ ｋ ａ ｇ ｉ ｎ ｇ＆ Ｐ ｒ ｉ ｎ ｔ ｉ ｎ ｇ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｔ ｉ ｎｊ ａ ｉ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ＆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｔ ｉ ａ ｎ ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ ２ ２ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｆ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｙ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ８ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
第４ １ 卷
第３Ｒ Ｅ Ｓ Ｔ Ｒ Ｙ ＭＡ Ｃ ＨＩ Ｎ Ｅ Ｒ Ｙ＆ ＷＯ Ｏ Ｄ ＷＯ Ｒ Ｋ Ｉ Ｎ Ｇ Ｅ Ｑ Ｕ Ｉ Ｐ ＭＥ Ｎ Ｔ
Ｖ ｏ ｌ ４ １ Ｎ ｏ ． ３
Ｍ ａ ｒ ． ２ ０ １ ３
２ ０ １ ３年 ３月
来源。 利用木材等生物质资源作为活性碳纤维的前驱体 维 和木质纤维状活性碳纤维两种 。 基金项目： 公益性行业科研专项（ ２ ０ １ ｏ ｏ ４ ０ ５ ７ ） ； 国家 自然 １ ． ２ 木质 复合活性碳 纤维
碳纤维制备
碳纤维制备碳纤维是一种高强度、高模量的材料，广泛应用于航空、航天、汽车、体育器材等领域。
本文将介绍碳纤维的制备方法，包括聚丙烯腈纤维制备、氧化、炭化和表面处理等步骤。
一、聚丙烯腈纤维制备聚丙烯腈(PAN)是碳纤维的主要原料，其制备方法包括聚合法和共聚法。
其中，聚合法是将丙烯腈单体进行自由基聚合得到PAN，共聚法则是将丙烯腈与其他单体如甲基丙烯酸甲酯等进行共聚得到PAN。
PAN纤维的制备过程包括溶解、旋拉成型和拉伸等步骤。
首先将PAN 溶解在N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)中形成混合液，然后通过旋转成型将混合液挤出成为直径约为20微米的纤维。
接着对这些纤维进行拉伸处理，使其长度方向上的分子间距逐渐减小，形成有序结构，从而提高纤维的强度和模量。
二、氧化PAN纤维在空气中加热至200-300℃时会发生氧化反应，生成含有羰基和羟基等官能团的氧化PAN(OPAN)。
这些官能团可以增强碳纤维与基体之间的粘接力，并且在后续的炭化过程中有助于生成高质量的碳纤维。
三、炭化OPAN经过高温处理可以得到碳纤维。
炭化过程是在惰性气体(如氮气、氩气)或真空环境下进行的，一般分为两个阶段：低温炭化和高温炭化。
低温炭化是在600-1000℃范围内进行的，主要是去除OPAN中的非碳元素(如氧、水、氢等)，形成具有较高结晶度和较好机械性能的初级碳。
高温炭化则是在1500-3000℃范围内进行的，主要是进一步去除残留杂质和形成更完整的晶格结构，从而提高碳纤维的强度和模量。
四、表面处理为了提高碳纤维与基体之间的粘接力和防止表面氧化，需要进行表面处理。
常用的方法包括电化学氧化、等离子体处理和涂覆等。
电化学氧化是将碳纤维放入强酸中进行氧化处理，使其表面形成含有羟基和羰基等官能团的氧化物层。
这些官能团可以与基体上的官能团发生反应，形成强力键合。
等离子体处理是将碳纤维放入等离子体中进行表面活性化处理，使其表面变得更加亲水，从而提高粘接力。
涂覆是将一层薄膜涂覆在碳纤维表面，起到保护作用并且可以增加与基体之间的摩擦力。
碳纤维增强复合材料的制备与性能研究
碳纤维增强复合材料的制备与性能研究引言：碳纤维增强复合材料是一种具有高性能和轻质化特点的新材料，广泛应用于航空航天、汽车、船舶和体育器材等领域。
本文将从碳纤维的制备方法、复合材料的制备工艺以及其性能研究等方面进行探讨。
一、碳纤维的制备方法碳纤维是一种由高度纯净的碳素原料制备而成的纤维。
目前常用的制备方法主要有聚丙烯腈纤维炭化法、沥青纤维炭化法和煤沥青纤维炭化法。
聚丙烯腈纤维炭化法是最常用的制备碳纤维的方法，其过程包括聚合、纺丝、预氧化、炭化和高模拉伸等步骤。
该方法制备的碳纤维具有较好的力学性能和电导率，广泛应用于航空航天领域。
沥青纤维炭化法利用含碳的原料，如煤沥青或石油沥青，制备碳纤维。
该方法具有制备工艺简单、成本低的优点，但碳纤维的力学性能相对较低。
煤沥青纤维炭化法是一种利用煤沥青作为碳纤维原料的方法。
通过将煤沥青纺丝成丝线，然后炭化处理得到碳纤维。
这种制备方法的碳纤维具有竖直排布的孔隙结构，结构独特，但强度较低。
二、复合材料的制备工艺碳纤维增强复合材料的制备工艺是将碳纤维与树脂复合而成的一种新型材料。
制备过程主要包括预处理、层叠和固化等步骤。
预处理是指对碳纤维进行表面处理，以增强其与树脂的粘结能力。
常用的方法有碱处理和氧等离子体处理。
碱处理可以使碳纤维表面形成羟基官能团，提高粘结性能。
而氧等离子体处理可以增加碳纤维表面的活性基团，提高其化学反应性。
层叠是将预处理过的碳纤维与树脂按照设计要求进行层叠，形成复合材料的初始结构。
层叠可以通过手工层叠和机械层叠两种方式进行，手工层叠适用于小批量生产，机械层叠适用于大规模生产。
固化是指将层叠好的碳纤维与树脂的复合材料放入固化设备中，在一定的温度和压力下进行固化反应。
固化过程中，树脂将热固化，与碳纤维形成牢固的化学键，使复合材料具有较好的力学性能和稳定性。
三、性能研究碳纤维增强复合材料的性能主要包括力学性能、热性能和导电性能等。
力学性能是衡量复合材料强度和刚度的重要指标，包括拉伸、弯曲和剪切等性能。
活性炭纤维材料
酚醛基ACF
GAC
1500
900
0.50
0.75
2.4
4-6μm纤维
—
—
表一：ACF与GAC形态特征对比表
ACF的结构与组成
结论：
ACF中经活化生成的空隙90%以上为微孔，这为ACF供了巨大比 表面积，且微孔孔径绝大部分相近，在几纳米至几十纳米范围 内。 颗粒活性炭则含有大量的大孔、过渡孔，孔径呈分散型分布。
ACF的性质
性质三：其他特性
ACF还兼有纤维的各种特性，能制成束、纸、布、毯等形状， 且性能良好。例如，活性炭纤维纸比表面积在原ACF的75% 左右，这样方便了工程应用和工艺简化。另外，很容易在 ACF大表面积上添加金属、盐类，来改变活化工艺，可以针 对特定的ACF产品，用途大大拓宽。
ACF的制备
ACF的性质
活性炭的吸附性
1.吸附量大 对有机气体恶臭，腥臭物质吸附量比粒状活性炭（GAC）大20-30倍。 对水溶液中的无机物，染料，有机物及贵金属离子吸附量比GAC高5—6倍。 对微生物及细菌有优良的吸附能力。如大肠杆菌的吸附率可达94%-99%。 对低浓度吸附质吸附能力特别优良，即使 10-6数量级的吸附质也能保持很 高的吸附率。
Hale Waihona Puke 活性碳纤维产品产品一：净水器过滤芯片
活性碳纤维产品
产品二：活性碳纤维布
ACF的性质
性质二：氧化还原及催化特性
活性炭纤维具有气相催化氧化还原功能。通过用H2SO4活 化ACF，使其表面有催化能力，可以在NH3存在下把NO还 原成N2。 在水溶液中，活性炭纤维可以作为还原剂，也可以作为氧 化剂，这取决于所用体系电位的高低，参与反应的基团种 类和浓度不同，ACF氧化还原容量也不同。
中孔活性碳纤维的制备及性能研究
２１ 中孔 活性碳纤 维的制造工艺 ．． １
纺丝液
固 体 颗 Ｊ
丝堑原 液丝
氧 丝 直 化 孔ＡＦ 化 中 ｃ
１ 引 言
活性碳纤 维 （ ｔ ａｅ ａ ｏ ｉｅ，简称 ＡＣ ） Ａｃ ｖ ｔ Ｃ ｒ ｎＦｂｒ ｉ ｄ ｂ Ｆ 作为新 一代吸 附功能材料 ， 在环 境方 面发挥 了极其重 要
无法 吸附较 大分子 ，如水 中的腐殖酸 、致 癌物质 二氯 甲 烷 、生物 大分 子（ 如病毒 蛋 白质 、肌 酸酐 、Ｖ ２ Ｂｌ 、有机 电解质 等［。因此开发 中孔乃至大 孔 的活 性碳 纤维就显 ６ １
结 果表 明该 活性碳纤 维的吸 附能力达到 １２ ．５ ／ ， ３ ５ ｍｇ ３ ｇ
用 美 国麦克 公 司产 ＡＳ Ｐ ０ ０型 自动 吸 附仪 对 比表 面 Ａ ２０ 积 进行 了表征 ，比表 面积 达到 ｌ３ ． ｍ２ 。 ６５ ４ ／ ２ ｇ
关键 词： 活 性碳纤维 ；中子 ；研究 Ｌ 中图分类号 ： Ｔ ３ ２８ Ｑ ４ ．６ 文献标 识码 ：Ａ 文 章编 号： １０ ．７ １２ ０ ） ０ １９ ３ （０ ７增刊．７ ７０ ２ ７ ．３
的作用 ， 活性碳纤 维可 以有效地 去除废 水和废 气 中的有 害物质 。活性碳纤 维与传统 的粒 状活 性炭（ Ｃ 相 比， ＧＡ ） ＡＣ Ｆ具有 以下特 点：（ ） １ 纤维直径 细 ， 与被吸 附物质 的
接 触面积 大 ，增 加了吸附几率 ，且可均 匀接触 ；（ ）比 ２ 表 面积大 ，约是 Ｇ Ｃ 的 ｌ ～１ ０倍 ；吸附容 量大 ，约 Ａ ０ ０ 是Ｇ Ａｃ的 １ ～１０倍 ；吸 附 、 附速 度快 ，ＡＣ ． ０ ５ 脱 Ｆ对气 体 的吸附 数 １ｓ ０ 至数 ｍ ｎ可达 平衡 ；（ ） ｉ ３ 孔径分 布范 围 窄 ；（ ） Ｆ不仅对高浓度 吸附质 的吸附 能力 明显 ， ４ ＡＣ 对 低浓度 吸 附质 的吸 附能力也特别 优异 ， 当 甲苯气 体含 如 量低 到 １ ０ ×１－ 以下时 ，Ａ Ｆ 还能对 其吸 附 ，而 Ｇ Ｃ Ｃ Ａ 必须 高于 １ ０ ×１ 时方能吸 附；（ ）耐热 ，耐酸碱 ；具 ５ 有很 强的氧化 还原特性 ， 将高价金 属离 子还原 为低 价 可 态 ；（ ）滤 阻小 ，约是 Ｇ ６ ＡＣ的 １ Ｉ４ ／ １］ ３ ￣。
活性碳纤维对模拟废水中氨氮的吸附性能研究
活性碳纤维对模拟废水中氨氮的吸附性能研究这是一个关于活性碳纤维对模拟废水中氨氮吸附性能的研究报告。
废水中的氨氮是一种常见的污染物，对环境和人类健康造成严重的危害。
寻找高效的吸附材料对氨氮进行处理具有重要意义。
活性碳纤维是一种具有良好吸附性能的材料，本研究旨在探究活性碳纤维对模拟废水中氨氮的吸附性能及其影响因素。
二、实验材料与方法1. 实验材料：（1）活性碳纤维（2）模拟废水：在实验室中配置模拟废水，控制氨氮浓度为100mg/L。
2. 实验方法：（1）活性碳纤维的制备：将活性碳纤维样品进行热处理并打磨，得到粒径均匀的活性碳纤维。
（2）吸附实验：在一定温度下，以一定质量的活性碳纤维与模拟废水进行接触，控制一定的接触时间后，取样检测模拟废水中氨氮的浓度，计算吸附量。
（3）实验数据处理：对吸附实验得到的数据进行统计和分析，探究不同因素对活性碳纤维吸附氨氮性能的影响。
三、实验结果与分析经过吸附实验，得到了活性碳纤维对模拟废水中氨氮的吸附量随时间变化的曲线图。
实验结果表明，活性碳纤维对氨氮具有良好的吸附性能，且随着接触时间的延长，吸附量逐渐增加。
通过对比不同温度下的吸附实验数据，发现温度对活性碳纤维吸附氨氮的影响较小，说明活性碳纤维具有良好的热稳定性。
进一步研究发现，活性碳纤维的孔径大小和表面化学性质也对其吸附性能有一定影响，孔径较大的活性碳纤维吸附性能更好，而表面化学性质的改变则会影响其吸附活性。
五、参考文献[1] 张三, 李四. 活性碳纤维对模拟废水中氨氮的吸附性能研究[J].化工技术, 2021, 39(2): 23-28.[2] 王五, 赵六. 活性碳纤维在废水处理中的应用研究[J]. 环境科学, 2020, 28(4): 67-72.。
活性炭纤维
预处理→炭化 活化 添加剂→结构控制方法 预处理 炭化→活化 添加剂 结构控制方法 工艺设备 炭化 活化→添加剂 结构控制方法→工艺设备
1.预处理预处理主要有盐浸渍和预氧化两种方式。盐浸渍是将原料纤维充分浸渍在盐(磷 预处理预处理主要有盐浸渍和预氧化两种方式。盐浸渍是将原料纤维充分浸渍在盐 磷 预处理预处理主要有盐浸渍和预氧化两种方式 酸盐、碳酸盐、硫酸盐等)溶液中 然后使其干燥。 溶液中， 酸盐、碳酸盐、硫酸盐等 溶液中，然后使其干燥。预氧化处理一般采用空气预氧化的方 原料纤维在一定的温度范围内，缓慢预氧化一定时间， 法，原料纤维在一定的温度范围内，缓慢预氧化一定时间，或者按照一定升温程序升温 预氧化。预氧化主要是为了防止PAN纤维、沥青纤维等高温炭化和活化时发生熔融并丝。 预氧化。预氧化主要是为了防止 纤维、沥青纤维等高温炭化和活化时发生熔融并丝。 纤维 2.炭化是在惰性气体 如氮气或氩气等 环境下于 炭化是在惰性气体(如氮气或氩气等 环境下于800～1000℃对纤维进行热处理，排除大 炭化是在惰性气体 如氮气或氩气等)环境下于 ～ ℃对纤维进行热处理， 部分非碳成分，形成具有类似石墨微晶结构的炭化纤维。 部分非碳成分，形成具有类似石墨微晶结构的炭化纤维。 3.活化是在高温下用氧化性气体刻蚀炭化纤维，使所得ACF具有理想的微孔结构和较高 活化是在高温下用氧化性气体刻蚀炭化纤维，使所得 活化是在高温下用氧化性气体刻蚀炭化纤维 具有理想的微孔结构和较高 的比表面积。 的比表面积。 4. 增加不同的添加剂，可以做到增加过程的速率、降低活化温度、增加纤维强度和弹性 增加不同的添加剂，可以做到增加过程的速率、降低活化温度、 模量、 模量、增加纤维吸附容量等 5.结构控制：ACF的合成工艺和产品结构会因原料不同而不同。为了获得收率高、强度好、 结构控制： 的合成工艺和产品结构会因原料不同而不同。 结构控制 的合成工艺和产品结构会因原料不同而不同 为了获得收率高、强度好、 吸附性能优良的产品，应选择相宜的原料纤维以及炭化和活化条件。 吸附性能优良的产品，应选择相宜的原料纤维以及炭化和活化条件。 6.工艺设备在 工艺设备在ACF的制配中至关重要。英国人发明一种竖立式结构，沿壁面用电加热器加 的制配中至关重要。 工艺设备在 的制配中至关重要 英国人发明一种竖立式结构， 碳化活化一次完成。 热，碳化活化一次完成。而我国目前活性炭纤维的生产仍处于间歇生产或半间歇阶段 。
活性炭纤维毡
活性炭纤维毡
活性炭纤维毡是一种具有出色吸附性能的新型材料。
活性炭毡以其独特的结构和化学性质，在环境保护、废气处理、水处理、食品工业以及医药健康等领域发挥着重要作用。
本文将详细介绍活性炭纤维毡的制备方法、性能特点以及应用领域。
制备方法
活性炭纤维毡的制备主要通过以下步骤完成：
1.选材：选择具有较高碳含量的有机聚合物纤维，如聚丙烯、聚苯乙烯
等作为原料。
2.碳化处理：将有机聚合物纤维进行高温炭化处理，使其转化为活性炭
纤维。
3.氧化处理：对碳化后的纤维进行氧化处理，增加其表面活性位点。
4.成型：将氧化后的纤维毡通过成型设备制备成活性炭纤维毡。
性能特点
活性炭纤维毡具有以下显著特点：
•高比表面积：活性炭毡的纤维间隙较大，具有较高的比表面积，有利于吸附物质。
•良好的吸附性能：活性炭纤维毡具有极强的吸附能力，可以有效去除空气和水中的有害物质。
•耐高温性能：由于活性炭毡主要由碳元素构成，具有良好的耐高温性能，在高温条件下仍能有效工作。
•可再生利用：活性炭纤维毡具有可再生利用的特点，经过再生处理后可以重新使用，减少资源浪费。
应用领域
活性炭纤维毡在各个领域均有广泛的应用：
•环境保护：用于空气净化、废气处理等，可以有效吸附有害气体和颗粒物。
•水处理：作为水处理设备中的填料，去除水中的重金属离子、有机污染物等。
•食品工业：用于食品加工中的脱色、脱味等工艺。
•医药健康：制备口罩、防尘服等防护用品，过滤空气中的细菌、病毒等有害物质。
综上所述，活性炭纤维毡作为一种具有优异吸附性能的新型材料，将在未来更多领域展现其重要作用。
活性炭纤维研究与应用进展_程祥珍
第21卷 第2期V ol 121 N o 12材 料 科 学 与 工 程 学 报Journal of Materials Science &Engineering总第82期Apr.2003文章编号:10042793X (2003)022*******收稿日期:2002208211;修订日期:2002210223作者简介:程祥珍(1977-),女,国防科技大学航天与材料工程学院博士生,现从事高性能S iC 纤维研究.活性炭纤维研究与应用进展程祥珍,肖加余,谢征芳,宋永才(国防科技大学航天与材料工程学院CFC 重点实验室,湖南长沙 410073) 【摘 要】 活性炭纤维(ACF )是由有机纤维先驱体制得的一种理想的高效吸附材料。
ACF 以其特殊的表面化学结构和物理吸附特性广泛应用于环境保护、电子工业、化工、医疗卫生、低成本S iC 纤维制备等领域。
本文就ACF 的结构与吸附特性、制备与应用等做了较系统的综述,并对其发展趋势做出了展望。
【关键词】 活性炭纤维;制备;结构;吸附特性;应用中图分类号:T Q342+174 文献标识码:AR esearch and Application Progress of Activated C arbon FiberCHENG Xiang 2zhen ,XIAO Jia 2yu ,XIE Zheng 2fang ,SONG Yong 2cai(College of Aerosp ace &Materials E ngineering ,N ational U niversity of Defense T echnology ,Ch angsh a 410073,China)【Abstract 】 As high effective ideal ads orbents ,activated carbon fibers (ACF )are prepared from the precurs ors of s ome organicfibers.Due to the special sur face structure and ads orption properties ,ACF are widely used in the fields such as environmental protection ,electronic industry ,medical treatment ,chemical engineering ,and low 2cost S iC fiber.The microstructures ,ads orptionproperties ,preparation methods ,and applications of activated carbon fibers are briefly reviewed.Meanwhile ,the next research objective is prospected.【K ey w ords 】 activated carbon fiber ;preparation ;structure ;ads orption properties ;application1 前 言活性炭纤维(Activated Carbon Fiber ,ACF )作为一种理想的高效吸附材料,是在碳纤维技术和活性炭技术相结合的基础上发展起来的,是继粉状和粒状活性炭(G ranularActivated Carbon ,G AC )之后的第三代活性炭产品[1～4],并以其特殊的表面化学结构和物理吸附特性广泛应用于环保、电子、医用卫生、化工等领域。
碳纤维材料的制备与应用
碳纤维材料的制备与应用一、介绍碳纤维是一种新型的高强度、高模量、低密度的复合材料。
它同样具有高温不老化、耐腐蚀、抗疲劳、绝缘性能等优点。
碳纤维材料的制备技术和应用领域一直是材料科学研究的重要热点。
本文将围绕碳纤维材料的制备技术与应用展开详细讲述。
二、碳纤维材料的制备碳纤维材料的制备主要经过以下几个步骤。
1、选择原料制备碳纤维材料的首要问题是选择高性能的原料。
常见的碳纤维原料有聚丙烯腈纤维、山羊毛、氧化高密度聚乙烯、煤沥青、石油沥青等。
2、纺丝聚丙烯腈纤维是目前应用最广泛的碳纤维原料。
纺丝主要是在高温高湿条件下将聚丙烯腈纤维融化后拉伸成单丝，然后通过拉丝辊压成带状的纤维毡。
纤维毡的密度和拉伸率决定了碳纤维的强度。
3、预氧化纤维毡在热氧化气氛中进行预氧化，主要目的是引入一定量的氧原子，并在氧原子的作用下形成大量的活性官能团，以利于后续的碳化反应。
4、碳化将预氧化后的纤维毡在高温气氛中进行碳化处理，使纤维发生结构改变，从而成为碳纤维。
碳化处理的流程主要包括控制碳化速率、控制碳化温度和持续时间，以及防止纤维变形和煤化等问题。
三、碳纤维材料的应用碳纤维材料的应用领域广泛。
下面结合不同领域进行具体讲解。
1、汽车领域碳纤维强度可以达到6000 MPa，是钢材的5倍以上，重量仅为钢材的1/5。
在汽车领域中，碳纤维替代钢材可以降低汽车的车体重量，减少燃油消耗，优化汽车性能。
目前碳纤维已广泛应用于赛车和高端汽车配件制造。
2、建筑领域碳纤维材料相对于钢筋而言，具有自重轻、易于加工、不受腐蚀、结构塑性好等优势。
在建筑领域中，碳纤维可用于钢筋加固、钢筋替代、桥梁加固等结构中。
3、航天领域碳纤维除了具有高强度外，还具有耐热、抗氧化和良好的耐候性能。
因此，它常常用于制造飞机翼、机身和火箭燃烧室等构件。
4、体育用品领域碳纤维具有高强度、轻质等特点，同时易于成形加工，因此在体育用品领域中备受关注。
碳纤维可以用于制造网球拍、自行车车架、高尔夫球杆等高端运动用品。
木质素纳米颗粒天然纤维基活性碳纤维材料的制备及其电化学性能
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2022年第41卷第7期木质素纳米颗粒/天然纤维基活性碳纤维材料的制备及其电化学性能张伟1，安兴业1，刘利琴1，龙垠荧1，张昊1，程正柏2，曹海兵2，刘洪斌1（1天津科技大学轻工科学与工程学院，天津市制浆造纸重点实验室，天津300457；2浙江景兴纸业股份有限公司，浙江平湖314214）摘要：以木质素纳米颗粒（LNPs ）负载的天然纤维复合材料为研究对象，利用KOH 活化的方法对其进行处理制备生物质基复合多孔活性碳纤维电极材料。
随后在三电极体系中对合成的复合多孔活性碳纤维电极材料进行了电化学性能测试。
研究表明，在0.5A/g 的电流密度下，KOH 活化的复合碳纤维电极材料的比电容为351.13F/g ，远高于相同条件下未活化的复合碳纤维电极材料的比电容（7.88F/g ）和未负载LNPs 的天然纤维基活性碳纤维材料（306.50F/g ）。
而且在活化过程中，负载在纤维表面的LNPs 会形成多孔的活性碳层结构，这会进一步提高复合活性碳纤维材料的循环稳定性，同时LNPs 中丰富的羟基赋予复合材料额外的赝电容。
在10A/g 的电流密度下经过10000次循环后，复合活性碳纤维电极材料的电容保持率仍然为95%，高于未负载LNPs 的活性碳纤维电极材料的电容保持率87%。
结果表明，木质素纳米颗粒/天然纤维基活性碳纤维材料是一种理想的电极材料，本研究也为LNPs 在生物质碳纤维作为储能电极材料的高值化应用提供了一条新途径。
关键词：活化；氢氧化钾；木质素纳米颗粒；生物质；超级电容器；电化学中图分类号：TM53文献标志码：A文章编号：1000-6613（2022）07-3770-14Preparation and electrochemical performance of lignin nanoparticles/natural fiber based activated carbon fiber materialsZHANG Wei 1，AN Xingye 1，LIU Liqin 1，LONG Yinying 1，ZHANG Hao 1，CHENG Zhengbai 2，CAO Haibing 2，LIU Hongbin 1(1Tianjin Key Laboratory of Pulp and Paper,College of Light Industry Science and Engineering,Tianjin University ofScience and Technology,Tianjin 300457,China;2Zhejiang Jingxing Paper Joint Stock Company Limited,Pinghu 314214,Zhejiang,China)Abstract:This study was focused on the composite lignin nanoparticles (LNPs)loaded natural fibers,which was by KOH activation to prepare composite porous activated carbon fiber electrode materials.Then the as-prepared activated carbon fiber electrode was tested to evaluate the electrochemical performance in a three-electrode system.The results showed that the specific capacitance of KOH activated carbon fiber electrode material was 351.13F/g at the current density of 0.5A/g,which was研究开发DOI ：10.16085/j.issn.1000-6613.2021-1797收稿日期：2021-08-22；修改稿日期：2021-11-22。
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第23卷 第4期2000年8月鞍山钢铁学院学报Journal of Anshan Institute of I.&S.TechnologyVol.23No.4Aug.2000活性碳纤维的制备及性能研究高首山1,孙家军1,刘文川2(1.鞍山钢铁学院数理系,辽宁鞍山 114002;2.中国科学院金属研究所,辽宁沈阳 110015)摘 要:系统地研究了活性碳纤维的KOH活化法与水蒸气活化法,比较了两种活化方法的活化条件,测量了比表面积,用碘值、苯值测定了活性碳纤维的吸附性能、脱附性能,用循环吸附、脱附方法研究了活性碳纤维的再生能力,并与颗粒状活性碳进行了比较.结果显示KOH活化的活性碳纤维无论从比表面积、微孔结构,还是在吸附、脱附性能上,都优于水蒸汽活化的活性碳纤维.关键词:活性碳纤维;活化;吸附;脱附;再生中图分类号:TQ342 86 文献标识码:A 文章编号:1000 1654(2000)04 0249 05吸附与分离技术是环境保护工程中的一项有效措施,应用各种吸附剂,把各种工业废水和废气中的有毒物质吸收出来(可以重新利用),使排放的气体和液体符合环保的标准.吸附与分离技术的关键在于吸附剂,常用的吸附剂有活性炭、硅胶、酸性白土和沸石分子筛等.但是,这些材料不仅吸附能力低,而且操作性能和再生能力差.因此,寻找更为优良的吸附材料,一直成为各国专家学者们关注的课题[1].活性碳纤维(Activated Carbon Fiber,AC F)是多孔碳家族中具有独特性能的一员,具有比表面积大,微孔丰富,孔径分布窄,吸附、脱附速度快,重量轻,容易再生等优点[2].活性碳纤维的前躯体为碳纤维或各类预氧化纤维,其主要成分为碳材料.常用的活性碳纤维制备即活化方法按活化剂的不同,分为气体活化法和化学试剂活化法两种.气体活化法以水蒸汽、二氧化碳或微量空气为氧化介质,使碳材料中无序碳部分氧化刻蚀成孔,这种方法使用的比较多,研究的也较为清楚[3];化学试剂活化法用化学药剂浸泡碳材料,在加热活化过程中,使其中的碳元素以一氧化碳、二氧化碳等小分子形式逸出,常用的化学药剂有ZnCl2,KOH等,由于这种方法产生的活性碳纤维性能不稳定[2],所以较少使用.本文对化学试剂活化法进行了系统的研究,用这种方法制出了性能优异的活性碳纤维,与气体活化制备的样品进行了比较.1 活化工艺与样品制备传统的化学试剂活化法是用KOH水溶液浸泡前躯体纤维,捞出烘干后,置于活化炉中,在氮气保护下升温加热,由于纤维中含有氢、氧等成分,反应激烈,不易控制,所以制得的样品性能不稳定.本文采用的方法为先把前躯体聚丙烯晴基(PAN)纤维放入加热炉中隔绝空气加热碳化,使其中的氢、氧、氮等成分脱离逸出,制成碳纤维,然后把制得的碳纤维置于10%-40%的KOH水溶液中浸泡12 h,取出后,烘干称重,置于活化炉恒温区内,以5-20 /min的升温速度在氮气保护下升温至预定温度(700-850 ),恒温一定时间(20-60min)后,在氮气保护下降温取出后称重,反复水洗烘干,再称重,计算纤维收率,测量比表面积.同时,用水蒸汽活化制得一定量的活性碳纤维样品,以便于比较.具体操作方法为:把PAN基碳纤收稿日期:1999-11-14.作者简介:高首山(1968-),男,辽宁朝阳人,讲师.维置于活化炉恒温区内,在氮气保护下以20 /min 的速度升温至预定温度(800-950 ),然后把氮气和水蒸汽的混合气体通入活化炉内,经过一定的活化时间(20-90min),在氮气保护下降温,取出后称重,计算纤维收率,测量比表面积[4]. 采用北京ST 03型比表面积与孔径测试仪测定比表面积,在低温77K 下测定氮的吸附等温线,计算比表面积及孔径分布曲线[5].吸附实验采用碘吸附值及苯吸附值法,碘吸附值采用GB7702.7 87[8]媒质颗粒状活性炭碘吸附值测定方法,苯吸附值采用静态饱和吸附法.2 实验结果2 1 比表面积与活化参数的关系图1和图2是水蒸汽活化法和KOH 活化法比表面积与活化温度关系,从图可见,两种活化法所得活性碳纤维的比表面积都随活化温度的升高而增大,这表明活化温度的升高有利于促进活化反应的进行和形成孔隙;同时也可发现在相同温度下,KOH 活化法比水蒸汽活化法能得到更大的比表面积,也就是说,KOH 活化法可以在较低的温度下获得较大的比表面积.图1 水蒸汽活化法ACF 比表面积与活化温度的关系 图2 KOH 活化法比表面积与活化温度的关系2 2 微孔分布与活化方法的关系图3给出了两种活性碳纤维的微孔分布曲线,水蒸汽活化样品的比表面积为730m 2/g,KOH活化图3 两种活化法所得ACF 的孔径分布250 鞍山钢铁学院学报 第23卷法样品的比表面积为946m 2/g.孔径分布窄是ACF 的重要特性之一,由图3可见,水蒸汽活化样品的孔径主要分布在1.0-2.0nm 之间,峰值出现在1.5nm 左右,KOH 活化法样品的孔径主要分布在0.8-1 5nm 之间,峰值出现在1.0nm 左右,都属于微孔范围,基本上没有中孔和大孔.KOH 活化样品的孔径分布更为集中,平均孔径比水蒸汽活化样品低0.4-0.5nm.2 3 吸附性能活性碳纤维对各种无机分子、有机分子、生物分子有巨大的吸附能力,实验上常用碘吸附值、苯吸附值来表征活性碳纤维的吸附能力.表1给出用水蒸汽活化法和KOH 活化法制备的ACF 样品对苯的饱和吸附值和碘吸附值的数据.表1 ACF 的比表面积S R 和苯吸附值A C 6H 6和碘吸附值A I样品水蒸汽活化ACFS R /m 2g -1A C 6H 6/mg g -1A I /mg g -1KO H 活化ACFS R /m 2g -1A C 6H 6/mg g -1A I /mg g -11480295553580405760273035073094651510123981453913140068012354115349596015221288图4和图5是活性碳纤维的苯吸附值与碘吸附值随比表面积的变化曲线,无论采用哪种活化方法的活性碳纤维的苯吸附值及碘吸附值都随比表面积的增大近似呈线性增加;在同样比表面积下,KOH 活化法比水蒸汽活化法制得的样品吸附能力更强,原因在于不同的活化方法得到的ACF 具有不同的微孔分布及不同的微孔结构,从而造成表面不饱和力场分布不一样,导致吸附能力的差异[6].图4 苯吸附值与比表面积的关系 图5 碘吸附值与比表面积的关系2 4 脱附性能与再生能力吸附脱附速度快,再生能力强是活性碳纤维的重要特性之一.将ACF 样品(比表面积946 7m 2/g)与颗粒状活性炭(GAC)样品(上海宝钢废气处理用活性炭,比表面积为532 4m 2/g)置于苯的饱和蒸汽中,开始时隔2min 称重一次,当重量变化不太大时,每隔5min 称重一次,直到吸附达到饱和为止,得到数据列于表2.将上述吸附饱和的样品置于120 的加热炉中,用氮气吹扫,同样每隔一定时间称重一次,直至重量不再变化为止,脱附值随时间变化情况列于表2.251 第4期 高首山,等:活性碳纤维的制备及性能研究表2 GAC 和ACF 的苯吸附值A C 6H 6/脱附值S C 6H 6随时间的变化比较,mg g -1时间,t /min24610152030GAC 0/12224/10832/9641/9081/75103/67121/60122/56ACF0/513349/315472/124495/92507/53512/30513/15513/14图6是ACF 和GAC 的吸附脱附动力学曲线,可以看到ACF 在5min 左右即达到吸附平衡,而GAC 在20min 以后才逐渐达到吸附平衡;ACF 在10min 左右基本脱附干净,脱附率可达到90%,而GAC 脱附非常缓慢,30min 以后还有较多留吸附物存在,脱附率不到60%,表明ACF 的吸附和脱附能力都远远高于GAC.图6 ACF,GAC 吸附、脱附动力学曲线再生能力是吸附材料的重要指标,无论是处理废水、废气,还是回收溶剂,都希望吸附材料能反复使用.一般的颗粒状活性炭再生能力较差,每次脱附处理要损失20%-30%的吸附能力[7]. 表3列出ACF 对苯的反复吸附、脱附的数据,解吸条件为150 下氮气吹扫10min.从表中的数据可见,第十次的吸附量仅比第一次的吸附量下降7%左右,说明ACF 具有极强的再生能力,可经受多次重复使用.ACF 具有极强的吸、脱附能力,更快的吸、脱附率和良好的再生能力.这是由于AC F 具有独特的微孔结构.ACF 直径小,大部分微孔直接开口于表3 AC F 对苯的吸附、脱附10次循环结果循环次数12345678910A C 6H 6/mg g -110269801003993975986964973967962R S /%96989596979594979596纤维表面,吸附、脱附时微孔的开口直接与外界接触的面积大,吸附质分子向内或向外扩散时阻力很小,可充分有效地利用巨大的比表面积.综上所述,水蒸汽活化法和KOH 活化法可以制得大比表面积活性碳纤维,KOH活化法条件简单,纤维收率高,比表面积大,微孔结构集中,性能优越,是一种很有前途的活化方法;ACF 具有良好的吸附、脱附性能,吸附容量大,吸、脱附速度快,再生能力强,可作为一种良好的吸附材料.参考文献:[1] 贺福,马谦中.活性碳纤维工业和长足发展.新型碳材料[J],1995,(1):11-17.[2] 曾汉民,符若文.纤维状活性炭材料进展.新型碳材料[J],1994,(3):108-114.[3] 岳中仁.活性碳纤维的碳化活化机理.合成纤维工业[J],1995,(4):31-36.[4] 华坚.沥青基活性碳纤维研究.高分子材料科学与工程[J],1995,(3):118-123.[5] 许鹤鸣.碳纤维[M].北京:科学出版社,1979.3-79.[6] 曾汉民.沥青基活性碳纤维的制备与结构与性能研究.合成纤维工业[J],1987,(5):10-15.[7] FU Ruo wen,ZENG Han min,LU Yun.T he Reduction of P t ( )with ACF an XPS Study.Carbon[J],1995,33(5):657-661.[8] 国营新华化工厂.GB7702.7-87.煤质颗粒活性碳碘吸附值测定方法.北京:中国标准出版社,1992.252 鞍山钢铁学院学报 第23卷Study on Activation and Performance of Activated Carbon FibersGAO Shou shan 1,SU N Jia jun 1,LIU Wen Chuan2(1.Dept.of Mathematics and Physics,Anshan Insti tute of I.&S.Technology,Anshan 114002,China;2.Insti tute of Metal Research,ACADE MICA SINICA,Shenyang 110015,China.)Abstract:The KOH activation method and the activation method of water stream of activaed carbon fibers (ACF)arestudied syste matically in this paper.The activation conditions have been compared and the specific surface area has been measured too.Benzene adsorption and I 2adsorption are used to study the adsorptive performance and the disad -sorptive performance of ACF,the regenerated ability of AC F is studied with methods of circular adsorption and disad -sorption,and it is compared with particulate activated carbon.The result shows that whatever the specific surface area,the micro hole structure the adsorptive ability and the disadsorptive ability of ACF,KOH activation method is much better than the ac tivation method of water stream.Key Words:activated carbon fibers;activation;adsorption;disadsorption;re generation(Received November 17,1999)公 告为适应我国信息化建设需要,扩大作者学术交流渠道,本刊已加入 中国学术期刊(光盘版) 和 中国期刊网 。