对氨基苯甲酸改性的粘胶基活性碳纤维对甲醛脱除性能的研究
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各 种 活性 碳 纤 维对 低 浓 度 甲醛 的 脱 除性 能 ， 发 现
聚丙烯腈活性碳纤维（ Ｐ Ａ Ｎ — Ａ Ｃ Ｆ ｓ ） 对甲醛的吸附容 量最高 ， 但是 Ｒ ａ ｙ ｏ ｎ — Ａ Ｃ Ｆ 对 甲醛的吸附容量则较
低。
害污染的 目的。Ｂ ｏ ｏ ｎ ａ ｍ ｎ ｕ ａ ｙ ｖ ｉ ｔ ａ ｙ ａ 等口 考察 了由咖 啡残渣制备的活性碳对 甲醛 的吸附性能 ， 但 是其
Ｉ ．
、 、
ｃ＋ ＮＨ ～ ｘ— — 【 － － ｃ— ＮＨ— ｘ】 — ＋／ ， ＞Ｃ＝ Ｎ— Ｘ（ １ ）
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Ｍ ａ ｒ ｑ ｕ ｅ ｚ — Ａ ｌ ｖ ａ ｒ ｅ ｚ 和Ｋ ａ ｎ ｅ ｋ ｏ 等 。 。 发现对 吸附 剂进行改性并在其表面添加官能 团可以改善吸附
吸 附容 量 比较 低 。Ｐ ｒ ａ ｄ ｏ 等［பைடு நூலகம்３ １ 用生 物 滴滤 法 脱 除几 ｐ ｐ ｍ到 几 十 ｐ ｐ ｍ的 甲醛 和 甲烷 ， 然 而 这 种 方 法 在
醛类物质含有羰基 ， 可以和某些胺化合物加 成生成胺 的衍生物 ， 产物 中含有碳一 氮双键 ， 其作
用 机制 如方 程（ １ ） 所示 。
摘
要： 将粘 胶基活性碳纤 维 （ Ｒ ａ ｙ ｏ ｎ － Ａ Ｃ Ｆ ｓ ） 用一定浓度 的对氨基苯 甲酸 （ ｐ — Ｐ Ａ Ｂ Ａ ） 溶液 进行改性 ， 系统地考察 了活 性碳纤维 的孔 隙结构 、 表面化学结 构和 甲醛脱 除性能。通过低温氮 气吸附方法发现 ， 随着 Ｐ Ａ Ｂ Ａ 浓度 的增 加， 样品的 比表面积 、 微 孔孔容和总孔容 都有所降低 。通过 元素分析和 Ｘ 射线光 电子能谱分析发现 ， 改性 后样 品的表面 具有含氮 官能团 。改性后 的 Ｒ ａ ｙ ｏ ｎ — Ａ Ｃ Ｆ ｓ 样 品对 甲醛 的动态 穿透 时间和吸 附容量 都明显高 于 未改性 的 Ｒ ａ ｙ ｏ ｎ － Ａ Ｃ Ｆ ｓ 样 品 。未 改性 的 Ｒ ａ ｙ ｏ ｎ － Ａ Ｃ Ｆ ｓ 样 品对 甲醛 的脱 除 以物理 吸附 为主 ， 而 改性 后 的 Ｒ ａ ｙ ｏ ｎ － Ａ Ｃ Ｆ ｓ 样品对 甲醛脱除性 能的提 高可 能是物理 吸附和化 学吸附协同作用 的结果 。
气 。作为对 比， 本文也测定了样品对水蒸气的静
态 吸 附容量 。通过 调节 干燥 器上 的阀 门来 使 干燥
器 内部产生 的水蒸气的压力接近由甲醛溶液产生
的水蒸 气 的分 压 。待保 干 器 中蒸 气饱 和 之后 将样
与物理吸附共同作用来改善非极性的Ａ Ｃ Ｆ 对醛类 物质 的吸附性能。Ｔ ａ ｎ ａ ｄ ａ 等ｎ 发现表 面的含氮官
３ ． 匹兹堡大学 动力工程与材料 学院， 美国 匹兹堡 Ｐ Ａ１ ５ ２ ６ １ ；
４ ． 东华大学 纤维和聚合物材料改性 国家重点 实验 室， 上海 ２ ０ １ ６ ２ ０ ； ５ ． 加利福尼 亚大学 纤维和服装工程学院 ， 美国戴 维斯 ＣＡ ９ ５ ６ １ ６ ；
６ ． 石 油 大 学 重 质 油 国 家重 点 实验 室 ， 山 东 东营 ２ ５ ７ ０ ６ １ ）
２ ０ １ ３ 年 第４ 期
上海毛麻科技
３ ７
对氨基苯 甲酸 改性 的粘胶基 活性碳 纤维 对 甲醛 脱 除性 能 的研 究
荣海琴 ， 刘振 宇 。 ， 吴琪琳 ， 潘 鼎 ， 郑 经堂
（ １ 琼 华大学 材料 科学与工程学院 ， 上海 ２ ０ １ ６ ２ ０ ； ２ ． 东华 大学 图书馆特 色情报部 ， 上海 ２ ０ ０ ０ ５ １ ：
关键词 ： 活性碳纤维 ； 改性 ； 吸附 ； 含氮官能团
Ｏ 前言
近年 来 由 甲醛 引起 的空 气污 染 引起 了人们 的
点， 适合于对气相或液相低分子质量（ 分子质量小
于３ ０ ０ ） 物 质 的 吸附『 ４ ］ 。但是 ， 由水蒸 气 或 Ｃ Ｏ ： 活 化
高度重视 。甲醛是一种原生毒质 ， 空气 中甲醛会 对眼、 鼻、 喉、 皮肤等产生 明显的刺激作用 。当空 气 中 甲醛浓度 高于 ５ ０ ｐ ｐ ｍ时会 引起严重 的损 害 ，
能 团能 够 提 高碳 对 福 尔 马林 中 甲醛 的吸 附性 能 ，
剂 的吸 附 选 择 性 和 反 应性 。 由此 可 知 Ａ Ｃ Ｆ ｓ 表 面
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上海毛麻科技
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少 量 的极 性官 能 团就 能够 提高 其对 极 性分 子 的吸 附容 量 。基 于此 ， 可 以通 过 在 Ａ Ｃ Ｆ表 面 添加 一 些 含Ｎ Ｈ２ 一 的 亲水性 有 机化 合物 ， 以期 通 过化 学 吸附
法制备的Ａ Ｃ Ｆ 的表面是非极性的、 疏水性 的， 对极
性 分 子 的 吸 附性 能 并 不 理 想 ［ ６ １ 。醛 类 物 质 的分 子
就是一类极性分 子 ， 极性的甲醛分子和疏水 的多 孔碳之间的相互作用就很差 ， 因而常规Ａ Ｃ Ｆ 对空 气中醛类物质的吸附容量很低阍 。Ｓ ｏ ｎ ｇ 等 研究了
＼／ ＼ ／
ｌ １
处理稍高浓度的甲醛时则不是很有效。 活性碳纤维具有表面活化程度高 、 孔径 分布 集中 、 吸附速度快 、 吸附容量高和高 比表面积等特
作者简 介： 荣海琴 （ １ ９ ７ ２一） ， 女。 助 理研究员 ， 博士 。主 要 从事碳纤维 的研发 。Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｈ ｑ ｒ ｏ ｎ ｇ ＠ｄ ｈ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 。
如头痛 、 胸痛 、 肺炎、 肺 癌 甚 至 死 亡… 。 因而 ， 必须 寻求 有效 的方 法来 脱 除环境 空 气 中的 甲醛 。 目前 吸附 法 和过 滤法 是 人们 常 用 的治 理 低浓 度 有 害 气体 和 液体 的有效 方 法 。吸 附法 主要 是利 用有 吸附能 力 的物质 吸 附有 害成 分 而 达到 消 除有
聚丙烯腈活性碳纤维（ Ｐ Ａ Ｎ — Ａ Ｃ Ｆ ｓ ） 对甲醛的吸附容 量最高 ， 但是 Ｒ ａ ｙ ｏ ｎ — Ａ Ｃ Ｆ 对 甲醛的吸附容量则较
低。
害污染的 目的。Ｂ ｏ ｏ ｎ ａ ｍ ｎ ｕ ａ ｙ ｖ ｉ ｔ ａ ｙ ａ 等口 考察 了由咖 啡残渣制备的活性碳对 甲醛 的吸附性能 ， 但 是其
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Ｍ ａ ｒ ｑ ｕ ｅ ｚ — Ａ ｌ ｖ ａ ｒ ｅ ｚ 和Ｋ ａ ｎ ｅ ｋ ｏ 等 。 。 发现对 吸附 剂进行改性并在其表面添加官能 团可以改善吸附
吸 附容 量 比较 低 。Ｐ ｒ ａ ｄ ｏ 等［பைடு நூலகம்３ １ 用生 物 滴滤 法 脱 除几 ｐ ｐ ｍ到 几 十 ｐ ｐ ｍ的 甲醛 和 甲烷 ， 然 而 这 种 方 法 在
醛类物质含有羰基 ， 可以和某些胺化合物加 成生成胺 的衍生物 ， 产物 中含有碳一 氮双键 ， 其作
用 机制 如方 程（ １ ） 所示 。
摘
要： 将粘 胶基活性碳纤 维 （ Ｒ ａ ｙ ｏ ｎ － Ａ Ｃ Ｆ ｓ ） 用一定浓度 的对氨基苯 甲酸 （ ｐ — Ｐ Ａ Ｂ Ａ ） 溶液 进行改性 ， 系统地考察 了活 性碳纤维 的孔 隙结构 、 表面化学结 构和 甲醛脱 除性能。通过低温氮 气吸附方法发现 ， 随着 Ｐ Ａ Ｂ Ａ 浓度 的增 加， 样品的 比表面积 、 微 孔孔容和总孔容 都有所降低 。通过 元素分析和 Ｘ 射线光 电子能谱分析发现 ， 改性 后样 品的表面 具有含氮 官能团 。改性后 的 Ｒ ａ ｙ ｏ ｎ — Ａ Ｃ Ｆ ｓ 样 品对 甲醛 的动态 穿透 时间和吸 附容量 都明显高 于 未改性 的 Ｒ ａ ｙ ｏ ｎ － Ａ Ｃ Ｆ ｓ 样 品 。未 改性 的 Ｒ ａ ｙ ｏ ｎ － Ａ Ｃ Ｆ ｓ 样 品对 甲醛 的脱 除 以物理 吸附 为主 ， 而 改性 后 的 Ｒ ａ ｙ ｏ ｎ － Ａ Ｃ Ｆ ｓ 样品对 甲醛脱除性 能的提 高可 能是物理 吸附和化 学吸附协同作用 的结果 。
气 。作为对 比， 本文也测定了样品对水蒸气的静
态 吸 附容量 。通过 调节 干燥 器上 的阀 门来 使 干燥
器 内部产生 的水蒸气的压力接近由甲醛溶液产生
的水蒸 气 的分 压 。待保 干 器 中蒸 气饱 和 之后 将样
与物理吸附共同作用来改善非极性的Ａ Ｃ Ｆ 对醛类 物质 的吸附性能。Ｔ ａ ｎ ａ ｄ ａ 等ｎ 发现表 面的含氮官
３ ． 匹兹堡大学 动力工程与材料 学院， 美国 匹兹堡 Ｐ Ａ１ ５ ２ ６ １ ；
４ ． 东华大学 纤维和聚合物材料改性 国家重点 实验 室， 上海 ２ ０ １ ６ ２ ０ ； ５ ． 加利福尼 亚大学 纤维和服装工程学院 ， 美国戴 维斯 ＣＡ ９ ５ ６ １ ６ ；
６ ． 石 油 大 学 重 质 油 国 家重 点 实验 室 ， 山 东 东营 ２ ５ ７ ０ ６ １ ）
２ ０ １ ３ 年 第４ 期
上海毛麻科技
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对氨基苯 甲酸 改性 的粘胶基 活性碳 纤维 对 甲醛 脱 除性 能 的研 究
荣海琴 ， 刘振 宇 。 ， 吴琪琳 ， 潘 鼎 ， 郑 经堂
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关键词 ： 活性碳纤维 ； 改性 ； 吸附 ； 含氮官能团
Ｏ 前言
近年 来 由 甲醛 引起 的空 气污 染 引起 了人们 的
点， 适合于对气相或液相低分子质量（ 分子质量小
于３ ０ ０ ） 物 质 的 吸附『 ４ ］ 。但是 ， 由水蒸 气 或 Ｃ Ｏ ： 活 化
高度重视 。甲醛是一种原生毒质 ， 空气 中甲醛会 对眼、 鼻、 喉、 皮肤等产生 明显的刺激作用 。当空 气 中 甲醛浓度 高于 ５ ０ ｐ ｐ ｍ时会 引起严重 的损 害 ，
能 团能 够 提 高碳 对 福 尔 马林 中 甲醛 的吸 附性 能 ，
剂 的吸 附 选 择 性 和 反 应性 。 由此 可 知 Ａ Ｃ Ｆ ｓ 表 面
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上海毛麻科技
２ ０ １ ３ 年 第 ４ 期
少 量 的极 性官 能 团就 能够 提高 其对 极 性分 子 的吸 附容 量 。基 于此 ， 可 以通 过 在 Ａ Ｃ Ｆ表 面 添加 一 些 含Ｎ Ｈ２ 一 的 亲水性 有 机化 合物 ， 以期 通 过化 学 吸附
法制备的Ａ Ｃ Ｆ 的表面是非极性的、 疏水性 的， 对极
性 分 子 的 吸 附性 能 并 不 理 想 ［ ６ １ 。醛 类 物 质 的分 子
就是一类极性分 子 ， 极性的甲醛分子和疏水 的多 孔碳之间的相互作用就很差 ， 因而常规Ａ Ｃ Ｆ 对空 气中醛类物质的吸附容量很低阍 。Ｓ ｏ ｎ ｇ 等 研究了
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处理稍高浓度的甲醛时则不是很有效。 活性碳纤维具有表面活化程度高 、 孔径 分布 集中 、 吸附速度快 、 吸附容量高和高 比表面积等特
作者简 介： 荣海琴 （ １ ９ ７ ２一） ， 女。 助 理研究员 ， 博士 。主 要 从事碳纤维 的研发 。Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ： ｈ ｑ ｒ ｏ ｎ ｇ ＠ｄ ｈ ｕ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ 。
如头痛 、 胸痛 、 肺炎、 肺 癌 甚 至 死 亡… 。 因而 ， 必须 寻求 有效 的方 法来 脱 除环境 空 气 中的 甲醛 。 目前 吸附 法 和过 滤法 是 人们 常 用 的治 理 低浓 度 有 害 气体 和 液体 的有效 方 法 。吸 附法 主要 是利 用有 吸附能 力 的物质 吸 附有 害成 分 而 达到 消 除有