（分析化学专业论文）活性碳纤维对甲硫醚等环境污染物的吸附研究.pdf

学位论文数据集 中图分类号 t q 3 4 2 + 7 4 2 学科分类号 1 5 0 2 5 论文编号 1 0 0 1 0 2 0 0 7 0 6 9 0密级 学位授予单位代码 l o o l 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名伍艳芳学号 2 0 0 4 0 0 0 6 9 0 获学位专业名称分析化学获学位专业代码 0 7 0 3 0 2 课题来源其它研究方向环境分析 论文题目活性碳纤维对甲硫醚等环境污染物的吸附研究 关键词活性碳纤维，甲硫醚，有机物，吸附，极性，磷酸，活化 论文答辩日期2 0 0 7 5 2 8论文类型应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师张丽娟 副教授北京化工大学分析化学 评阅人1 董慧茹教授 北京化工大学 分析化学 评阅人2王志华教授北京化工大学 资源与环境分析 评阅人3 评阅人4 评阕人5 答辩委员会主席张敬畅教授北京化工大学工业催化 答辩委员l董慧茹教授北京化工大学分析化学 答辩委员2王志华教授北京化工大学分析化学 北京飞燕石化环保 答辩委员3刘国文高工环境分析与新材料 科技发展有限公司 答辩委员4 答辩委员5 注：一论文类型：i 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在( ( 中国图书资料分类法) 查询 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 9 ) ( ( 学科分类与代码中查 询 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成 摘要 活性碳纤维对甲硫醚等环境污染物的吸附研究 摘要 活性碳纤维( a c t i v a t i e dc a r b o nf i b e r ，a c f ) 是2 0 世纪6 0 年代发 展起来第三代高效活性吸附材料。由于其具有大的比表面积、孔径分 布窄、微孔丰富、吸附脱附速度快等特点，近些年来得到了迅速发展 和广泛应用。 本文以甲苯气体为吸附质，以粘胶基活性碳纤维( v a c f ) 为吸 附剂，对v a c f 在固定温度下动态吸附时，吸附质浓度和气流大小对 吸附效果的影响以及吸附过程中吸附和解吸的关系进行了研究，并且 从吸附热的角度对v a c f 的动态吸附、解吸进行了较深入的探讨。在 此基础上研究了v a c f 对不同极性有机气体的吸附性能，发现v a c f 对极性较大的有机物质饱和吸附量较大，达饱和吸附的时间较长；而 对极性较小的有机物质饱和吸附量较小，达饱和吸附的时间较短。 研究了不同活化条件下，以磷酸为活化剂制备的v a c f 对环境污 染物甲硫醚静态吸附的效果。发现：随着活化温度的升高，v a c f 的 产率降低，但其对甲硫醚的吸附率增大；活化时间达1 h 后，v a c f 对甲硫醚的吸附性能没有明显变化；活化剂浓度为1 ：3 ( 磷酸与水体 积比) 、浸泡时间为1 0 h 时，活性碳纤维对甲硫醚的吸附效果最佳。 为提高v a c f 对甲硫醚的吸附性能，对用磷酸活化后的v a c f 进行了 改性处理，其方法是在活性碳纤维上负载金属化合物。 关键词：活性碳纤维，甲硫醚，有机物，吸附，极性，磷酸，活化 s t u d yo nt h ea d s o r b i n go f a c t i v a t e dc a r b o nf i b e rt o d i m e t h y ls u l f i d ea n ds o m eo t h e re n v i r o n m e n t c o n t a m i n a n t a b s t r a c t a c t i v a t e dc a r b o nf i b e r ( a c f ) ，an e w e m e 唱e dp o r o u sa b s o r b e n t ，h a s a t t r a c t e d i n c r e a s i n g a t t e n t i o nd u et o i t sr e m a r k a b l e a d v a n t a g e s ： e x t r a o r d i n g l yl a r g es p e c i f i cs u r f a c ea r e a ，e n o r m o u sa d s o r p t i v i t y , s i m p l e r p o r es t r u c t u r e ，f a s ta d s o r p t i o nr a t ea n di t se a s eo fh a n d i n g i na i r p u r i f i c a t i o n ，i t su n i q u ec h a r a c t e r i s t i c sh a v es t i m u l a t e db r o a d e ra p p l i c a t i o n a n df a s t e rd e v e l o p m e n t i nt h i sp a p e r , t h ed y n a m i ca d s o r p t i o np r o p e r t i e so f a c t i v a t e dc a r b o n f i b e r ( a c f ) ，u s i n gt o l u e n ea sa d s o r p t i o nm a t e r i a la n dv i s c o s e b a s e d a c t i v a t e dc a r b o nf i b e r ( v a c f ) a sa d s o r p t i o n r e a g e n t ，i n f l u e n c e db y a i r f l o wa n dt o l u e n ec o n c e n t r a t i o n ，w e r ei n v e s t i g a t e d a l s ot h ei n f l u e n c e o fa d s o r p t i o nh e a to n d y n a m i ca d s o r p t i o nm e c h a n i s mi na d s o r p t i o n p r o c e s sw a sd e e p l ya n a l y z e d b a s e do nt h e s t u d yo ft h ea d s o r p t i o n c a p a c i t yo fv a c ft od i f f e r e n to r g a n i cc o n t a m i n a n t ，t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e na d s o r p t i o n c a p a c i t yo fv a c fa n dt h ep o l a r i t yo fa d s o r b e d m a t e r i a lc a nb ef o u n d t h e l a r g e r t h ep o l a r i t yo fo r g a n i cm a t e r i a l a d s o r b e db yv a c f , t h el o n g e rt h et i m et or e a c hs a t u r a t i o na d s o r p t i o ni s t a k e n a n dt h ec a p a c i t yo fs a t u r a t i o n a d s o r p t i o no fv a c ft oo r g a n i c 摘要 c o n t a m i n a n tw i t hl a r g e rp o l a r i t yi sb i g g e r p h o s p h o r i ca c i du s e da sa na c t i v a t o r , t h ee f f e c to fd i m e t h y ls u l f i d e a d s o r b e d s t a t i c a l l yb y v a c f p r e p a r e d u n d e rd i f f e r e n ta c t i v a t e d c o n d i t k i n v e s t i ge d t h ep e r i m e n t a r e s u l t s n d i c a t et h a ttheconditionw e r en v e s t l g a t e d 1h ee x p e n m e n m lr e s u l t si n ( 1 i e a t em e 1 y i e l dr a t i o o fa c fi sl o w e ru n d e rh i g h e ra c t i v a t e dt e m p e r a t u r e ，a n d a d s o r p t i o na b i l i t yt od i m e t h y ls u l f i d eb e c o m e s b e t t e r t h e r ei s n to b v i o u s d i f f e r e n c ei na d s o r p t i o na b i l i t yo fd i m e t h y ls u l f i d ea f t e rt h ea c t i v a t e dt i m e e x c e e d slh t h ea b s o r b i n ge f f e c to fv a c fo nd i m e t h y ls u l f i d ec a nr e a c h b e s tw h e nt h ec o n c e n t r a t i o no ft h ea c t i v a t o ri s1 ：3 ( p h o s p h o r i ca c i d ：w a t e r i nt e r m so fv o l u m e ) ，a n dt h ei m m e r s i o nt i m ei s10 h i ti sa l s of o u n dt h a t d e p o s i t i o n o fm e t a lc o m p o u n di nt h em i c r o p o r e so fv a c fe n h a n c e s d i m e t h y ls u l f i d ea d s o r p t i o nc a p a c i t yg r e a t l y k e y w o r d s ：a c t i v a t e dc a r b o nf i b e r ( a c f ) ，d i m e t h y ls u l f i d e ，o r g a n i c c o n t a m i n a n t ，a d s o r p t i o n ，p o l a r i t y , p h o s p h o r i ca c i d ，a c t i v a t i o n i i i 北京化工大学硕士学位论文 目录 第一章绪论1 1 1 活性碳纤维的发展概述1 1 2a c f 的表面结构。2 1 3 活性碳纤维与活性碳结构的比较3 1 4 活性碳纤维的制备4 1 5 活化机理6 1 5 1 气体活化法6 1 5 2 化学活化法7 1 6 活性碳纤维的应用8 1 7 粘胶基碳纤维的结构模型。1 0 1 8 粘胶基碳纤维的特点。1 2 1 9 粘胶基活性碳纤维活化历程12 1 1 0 本课题的意义1 3 第二章实验方法1 5 2 1 主要仪器与试剂15 2 2 磷酸活化粘胶基活性碳纤维的制备1 5 2 2 1 阶段性升温活化方法l5 2 2 2 直接升温活化方法1 6 2 3v a c f 的静态吸附1 6 2 4v a c f 的动态吸附1 6 2 5 仪器分析17 第三章粘胶基活性碳纤维动态吸附研究1 8 3 1 甲苯的动态吸附研究1 8 3 1 1 动态吸附过程中吸附管进出口浓度对比1 8 3 1 2 空气流速对甲苯吸附的影响2 0 3 1 3 甲苯吸附饱和后，不同方法解吸情况对比2 2 i v 目录 3 2 吸附质极性大小对活性碳纤维吸附性能的影响2 3 3 2 1 相同条件下不同极性物质的吸附量2 3 3 2 2 相同条件下不同极性物质的解吸2 4 3 3 小结。2 5 第四章磷酸活化粘胶基活性碳纤维的研究2 6 4 1v a c f 的微晶结构2 6 4 2v a c f 的孔结构2 7 4 3v a c f 的表面形貌2 8 4 4 活化产率和活化后活化剂含量2 8 4 4 1 磷酸浸泡液浓度对对产率和活化剂含量的影响2 9 4 4 2 浸泡时间对对产率和活化剂含量的影响2 9 4 4 3 活化温度对产率和活化剂含量的影响3 0 4 4 4 活化时间对产率和活化剂含量的影响3 1 4 5 小结31 第五章磷酸活化活性碳纤维对甲硫醚的吸附研究。3 3 5 1 活化剂浓度对v a c f 吸附甲硫醚的影响3 3 5 2 浸泡时间对v a c f 吸附甲硫醚的影响3 3 5 3 活化温度对v a c f 吸附甲硫醚的影响3 4 5 4 活化时间对v a c f 吸附甲硫醚的影响3 6 5 5 不同活化条件对甲硫醚的吸附性能影响3 6 5 6 回流方法和直接浸泡方法的对比3 7 5 7 小结3 9 第六章磷酸活化活性碳纤维对其它有机物的吸附研究4 0 6 1 磷酸浸泡液浓度对v a c f 吸附率的影响。4 0 6 2 浸泡时间对v a c f 吸附率的影响4 0 6 3 活化温度对v a c f 吸附率的影响4 l 6 4 活化时间对v a c f 吸附率的影响4 1 6 5 小结4 2 第七章活性碳纤维的改性二r 4 3 v 一 北京化工大学硕士学位论文 7 1 用铜盐对v a c f 进行改性研究。4 3 7 1 1 用c u c l 2 对v a c f 进行改性研究4 3 7 1 1 1 负载c u c l 2 4 3 7 1 1 2c u c l 2 浓度对吸附性能的影响4 3 7 1 2 用c u s 0 4 对v a c f 进行改性研究4 5 7 1 3 用c u ( n o s ) 2 对v a c f 进行改性研究4 7 7 1 4v a c f 负载不同铜盐后吸附性能对比4 8 7 2 用锰盐对v a c f 进行改性研究4 9 7 2 1 负载锰盐4 9 7 2 2m n ( n 0 3 ) 2 浓度对v a c f 吸附性能研究。4 9 7 2 3 不同温度制备v a c f 负载m n ( n 0 3 ) 2 后吸附性能研究5 0 7 2 4 k m n 0 4 浓度对v a c f 吸附性能研究5 l 7 2 5 不同温度的制备v a c f 负载k m n 0 4 后吸附性能研究。5 2 7 3 小结。5 3 第八章结论5 4 参考文献5 6 致谢5 9 研究成果及发表的学术论文6 0 作者及导师介绍6 1 v i 目录 co n t e n t s c h a p t e r 1i n t r o d u c t i o n i i id e v e l o p m e n tr e v i e wo f a c t i v a t i e dc a r b o nf i b e r 1 1 2s t r u c t u r eo f a c fs u r f a c e 2 1 3c o m p a r a t i o no f a c fa n da c t i v e dc a r b o n 3 1 4p r e p a r a t i o no f a c f 4 1 5a c t i v a t i o nm e t h o da n dt h e o r y 6 1 5 1m e t h o do fg a sa c t i v a t i o n 6 1 5 2m e t h o do fc h e m i c a la c t i v a t i o n 7 1 6a p p l i c a t i o no f a c f 8 1 7s t r l j c t i l r em o d eo fc f 10 1 8c h a r a c t e ro fc f 12 1 9a c t i v a t i o nc o u r s eo f v a c f 1 2 1 1 0r e s e a r c hp u r p o s e 1 2 c h a p t e r2e x p e r i m e n t m e t h o d 15 2 1r e a g e n ta n di n s t r u m e n t 15 2 2p r e p a r a t i o no f v a c fa c t i v a t e db yh 3 p 0 4 15 2 2 1m e t h o do f r i s i n gt e m p e r a t eb ys t e p 1 5 2 2 2m e t h o do f r e s i n gt e m p e r a t u r ed i r e c t l y 15 2 3r e s e a r c ho ns t a t i c a la d s o r p t i o n 16 2 4r e s e a r c ho nd y n a m i ca d s o r p t i o n 1 6 2 5a n l y s i sb ye q u i p m e n t 17 c h a p t e r3r e s e a r c h o nd y n a m i ca d s o r p t i o no fv a c f 18 3 1d y n a m i ca d s o r p t i o no f t o l u e n e 1 8 3 1 1i na n do u tt o l u e n ec o n c e n t r a t i o ni nd y n a m i ca d s o r p t i o np r o c e s s 1 8 3 1 2t h ee f f e c to fa i r f l o wo nt o l u e n ea d s o r p t i o n 2 0 3 1 3c o m p a r i s o no f d e s o r p t i o ns t a t u sb yd i f f e r e n tm e t h o d 2 2 3 2 _ t h ee f f e c to f d i f f e r e n tp o l a r i t ym a t e r i a lo nt o l u e n ea d s o r p t i o n 2 3 3 2 1a d s o r p t i o no f s a m ep o l a r i t ym a t e r i a lu n d e rs a m ec o n d i c t i o n 2 3 v i i 北京化工大学硕士学位论文 3 2 2 _ d e s o r p t i o no f d i f f e r e n tp o l a r i t ym a t e r i a lu n d e rs a m ec o n d i c t i o n 2 4 3 3b r i e fs u m m a r y 2 5 c h a p t e r 4r e s e a r c ho nv a c fa c t i v a t e db yh 3 p 0 4 2 6 4 1m i c r o c r y s t a l l i n es t r u c t u r eo f c f 2 6 4 2s t r u c t u r eo f a p e r t u r e ：1 7 4 3o u t l i n eo fs u r f a c e 2 8 4 4y i e l da n dc o n t e n to fa c t i v a t i o nm a t e d a la f t e ra c t i v a t e d 2 8 4 4 1t h ee f f e c to f d i f f e r e n tt e m p e r a t u r e 2 9 4 4 2t h ee f f e c to f d i f f e r e n th 3 p 0 4c o n c e n t r a t i o n 2 9 4 4 3 r h ee f f e c to f d i f f e r e n ti m m e r s i o nt i m e 3 0 4 4 4t h ee f f e c to f d i f f e r e n ta c t i v a t i n gt i m e 3 1 4 5b r i e f s u m m a r y 3l c h a p t e r5r e s e a r c ho na c t i v a t i o nc h a r a c t e ro fd i m e t h y ls u l f i d eb y v a c fa c t i v a t e db yh 3 p 0 4 3 3 5 1t h ee f f e c to fa c t i v a t i o nm a t e d a lc o n c e n t r a t i o n 3 3 5 2t h ee f f e c to f d i f f e r e n ti m m e r s i o nt i m e 3 3 5 3t h ee f f e c to fd i f f e r e n ta c t i v a t i n gt e m p e r a t u r e 3 4 5 4t h ee f f e c to fd i f f e r e n ta c t i v a t i n gt i m e ：；6 5 5t h ee f f e c to fd i f f e r e n ta c t i v a t i o nm e t h o d ：；6 5 6c o m p a r i s o no f r e f l u e n c ea n di m m e r s i o nd i r e c t l ym e t h o d 3 7 5 7b r i e fs u m m a r y ：；9 c h a p t e r 6r e s e a r c ho na c t i v a t i o nc h a r a c t e ro f o r g a n i cm a t e r i a lb y v a c fa c t i v a t e db yh 3 p 0 4 4 0 6 1t h ee f f e c to f d i f f e r e n ta c t i v a t i n gt e m p e r a t u r e 4 0 6 2t h ee f f e c to fh 3 p 0 4c o n c e n t r a t i o n 4 0 6 3t h ee f f e c to f d i f f e r e n ti m m e r s i o nt i m e 4 1 6 4t h ee f f e c to f d i f f e r e n ta c t i v a t i n gt i m e 4 1 6 5b r i e f s u m m a r y 4 2 v i i i 目录 c h a p t e r7r e s e a r c ho nc h a r a c t e rt r a n s f o r mo f v a c f 4 3 7 1r e s e a r c ho l lv a c fc h a r a c t e rt r a n s f o r mb yu s i n gc us a l t 4 3 7 1r e s e a r c ho nv a c fc h a r a c t e rf f a n s f o n i lm e rl o a d i n gc u c l 2 。4 3 7 1 1 1p r e p a r a t i o no f c u c l 2 4 3 7 1 1 2a d s o r p t i o nc h a r a c t e ro f v a c fa f t e rl o a d i n gc u c h 4 3 7 1 2r e s e a r c ho nv a c fc h a r a c t e rt r a n s f o r ma f t e rl o a d i n gc u s 0 4 4 5 7 1 3r e s e a r c ho nv a c fc h a r a c t e rt r a n s f o r ma f t e rl o a d i n gc u ( n 0 3 ) 2 4 7 7 1 4c o m p a r i s o no fa d s o r p t i o nc h a r a c t e ro f v a c fa f t e rl o a d i n gc us a l tu n d e r d i f f e r e n tt e m p a t u r e 4 8 7 2r e s e a r c ho nv a c fc h a r a c t e rt r a n s f o r mb yu s i n gm ns a l t 4 9 7 2 1p r e p a r a t i o no fm ns a l t 4 9 7 2 2t h ee f f e c to f m n ( n 0 3 ) 2c o n c e n t r a t i o no nv a c fa d s o r p t i o n 4 9 7 2 3c o m p a r i s o no fa d s o r p t i o nc h a r a c t e ro f v a c fa f t e rl o a d i n gm n ( n 0 3 ) 2u n d e r d i f f e r e n tt e m p a t u r e 5 0 7 2 4c o m p a r i s o no fa d s o r p t i o nc h a r a c t e ro f v a c fa f t e rl o a d i n gk m n 0 4u n d e r d i f f e r e n tt e m p a t u r e 51 7 2 5t h ee f f e c to fk m n 0 4c o n c e n t r a t i o no nv a c fa d s o r p t i o n 5 2 7 3b r i e fs u m m a r y 5 3 c h a p t e r8 c o n c l u s i o n 5 4 r e f e r r e n c e 5 6 t h a n k s5 9 s c i e n c ed i s s e r t a t i o n 6 0 i n t r o d u c t i o no fa u t h o ra n di n s t r u c t o r 6 1 些型型堂壁遨 d ( 0 0 2 ) l c l a 九 d 0 l c 符号说明 乱层结构中晶体的面间距，呦 乱层结构中晶体的层面厚度，衄 乱层结构中晶体的层面宽度衄 射线波长，n m 峰的半高宽( 弧度) 布拉格角 校正系数 x 第一章绪论 第一章绪论 活性碳纤维( a c t i v a t i e dc a r b o nf i b e r ，a c f ) 是2 0 世纪6 0 年代发展起来的第 三代高效活性吸附材料。在结构上具有两大特点：一是其表面含有一系列含氧 官能团，如羟基、羰基、羧基、内酯基等，所以不同前驱体的a c f 对相同吸附 物质的吸附性能有所不同，同时相同前驱体的a c f 对不同吸附物质的吸附情况 也是不同的；二是具有高比表面积、丰富的微孔和均匀的孔径。一般比表面积 可达1 0 0 0 3 0 0 0 m 2 g - 1 ，微孔体积占总孔体积9 0 左右，其微孔孔径大部分在l n m 左右，没有过渡孔和大孔。由于a c f 固体表面层的物质粒子受到指向内部的拉 力，这种不平衡力场的存在导致表面吉布斯函数的产生，为了使表面吉布斯函 数降低，固体物质利用表面上的剩余力，从周围的介质中捕获其它的物质粒子， 使其不平衡力场得到某种程度的补偿，从而降低表面吉布斯函数。在一定温度、 压力下，固体表面可自动地吸附那些能使表面吉布斯函数降低的物质，而被吸 附物质的量将随着吸附面积的增大而增加【l 羽。活性碳纤维因其大的比表面积， 而具有较强的吸附能力。 与目前常用的粉末或颗粒状活性碳相比，a c f 具有微孔含量大，孔径小， 孔径分布窄，比表面积大：吸附容量大，吸附速度快；对低浓度的吸附质有良 好的吸附性能；具有良好的选择吸附性能和再生条件温和等优点。a c f 表面含 有大量的有机基团，具有很强的氧化还原反应能力【6 】。另外，a c f 还能制成纱、 线、布、毡等形状，给工程应用和工艺设备的简化带来很大的方便。因此，广 泛用于环保、纺织、化学、电子、医疗、食品、原子能等行业【7 j 。 1 1 活性碳纤维的发展概述 在活性碳的发展历史中，从最初的粉状活性碳到后来的各种形状的颗粒活 性，使活性碳的应用更广泛，更便捷，再生更容易。但是，活性碳在吸附能力、 吸附速度仍有许多不足之处，另外，在工程中传统的活性碳在吸附层中出现松 动和沟槽，有时出现吸附层过分密实，导致流体阻力增大，从而影响正常操作。 为了提高吸附效果，在2 0 世纪6 0 年代初期，人们开始探索用有机纤维为原料 制备活性碳纤维，在高性能碳纤维研究的基础上，这种新型的碳吸附材料得以 问世。它与传统的活性碳相比，具有独特的微孔结构，并兼具有纤维的各种特 性，给工程应用和工艺设备的优化创造了条件。活性碳纤维的优异性能和广泛 的应用前景，促使活性碳纤维的研究、开发和应用取得了飞速的发展。下面是 北京化工大学硕士学位论文 活性碳纤维的发展阶段【8 ，9 】 1 9 5 9 年粘胶基碳纤维工业化( u c c 等1 19 6 2 年进藤( m i t i ) 发现聚丙烯腈作活性碳纤维原料 1 9 6 6 年 粘胶丝制活性碳织物( d o y i n g , u c c ，p e t e r s ，m m & m ) ，醋酸纤维 ( r o d g e r s ) 1 9 6 7 年j o h n s o n 改进聚丙烯腈活性碳纤维的预氧化过程 19 6 8 年 e c o n o m y 酚醛树脂纤维成功 19 7 2 年a r o n s & m c n a i r 由酚醛前驱体制得活性碳纤维及织物 1 9 7 5 年t o y o b oc o l t d 制成粘胶人造丝型活性碳纤维( 东洋纺织) 再生纤维素 ( 固定床园筒单元有机溶剂) 1 9 7 6 年t o l r ob e s l o n ( 最近t o l r or o y o n ) c o l t d 制成聚丙烯腈活性碳纤维( 东邦 贝丝纶1 1 9 7 6 年n i p p o n 制成酚醛树脂活性碳纤维 1 9 7 7 年蜂窝型溶剂回收装置( t o y o b oc o l t d ) 波纹法活性炭碳纤维系蜂窝活 性碳( 东洋纺织) 1 9 8 0 年k u r a r a yc h e m i c a l 开始从酚醛纤维生产活性碳纤维 1 9 8 3 年日本炭公司参与由粘胶丝生产活性碳纤维 1 9 8 8 年大阪煤气公司从煤焦油沥青制活性碳纤维 我国一些大学和科研单位从7 0 年代就开始了a c f 的研制工作。中山大学 材料科学研究所从7 0 年代开始无间断地坚持对a c f 的理论和应用研究，现已 研制成功的产品不仅有木浆粘胶基、棉粘胶基、甘蔗渣粘胶基a c f ，以及聚丙 烯腈基a c f 等通用品种，还研制成功了目前国际上较新的沥青基a c f 。上海 纺织科学院于1 9 8 0 年研制了酚醛基a c f 。中国科学院山西煤化所分别研制了 聚丙烯腈基、粘胶基、酚醛基、聚乙烯醇基a c f 。到9 0 年代初我国a c f 工业 出现了小而散的局面。长治市郊区霍家工业总公司在1 9 9 7 年引进中国科学院山 西煤碳化学研究所研制成功的“连续化生产活性碳纤维技术”，该产品是中国 科学院“八五”重点攻关项目，九五年获得国家专利，填补了国内空白，主要生 产p a n a c f 和r a y o n a c f 布、毡。鞍山市活性碳纤维厂是中国第一家实现“连 续化生产聚丙烯腈基、粘胶基活性碳纤维毡 专业厂家，广泛应用于工业、农 业、环境保护、农业卫生、国防科学等领域【n 1 2 1 。 1 2a c f 的表面结构 a c f 是由原材料碳纤维( c f ) 碳化活化而成，在c f 的碳化过程中，非碳原 2 第一章绪论 子逐步排除，碳原子则形成类似芳环的层状结构，但芳环中尚未脱除的杂原子会 阻碍大的层状结构的形成。因此，此时的碳纤维属于多晶乱层石墨结构。c f 活 化为a c f 后，结构基元并未变化。尽管高温活化时微晶的直径和厚度增大，排列 趋于整齐，但不均匀性仍无法完全消除，因此从宏观来看，可以认为a c f 是不均 匀的多相结构，在由c f 活化制成a c f 的过程中，若用水蒸气法活化时，高温水 蒸汽将部分原子脱除，形成微孔，并生成羧基、羰基等含氧活性基团，使a c f 的表面酸性有所增加， 比表面积( 6 0 0 , - - 1 2 0 0m 2 g - 1 ) 远大于c f 。如用苛刻条件进行 活化，其比表面甚至可达3 0 0 0m 2 g - 1 。由于a c f 几乎都是微孔，因此孔径分部狭 窄单一，所有的孔又都可以产生毛细管凝聚作用，所以，a c f 与同时具有微孔、 过渡孔和大孔的c f 相比，吸附、脱附速率均大两个数量级，吸附量也更大 1 3 1 。 通过俄歇电子能谱测定c f 表层1 0 - - 1 51 1 1 1 1 深度内的痕量表面杂质，发现主 要为磷、硫、氮、氯等杂原子。在c f 活化过程中，部分杂原子会被脱除。因此， a c f 与c f 相比，不但表