活性碳纤维的应用与发展

活性碳纤维的应用与发展

有机碳纤维（acf）是20世纪70年代以来发展起来的新型功能吸附材料。其孔径小且分布窄,吸脱速度快,吸附量大,容易再生。尤其是聚丙烯腈基活性碳纤维(PAN-ACF)中含有氮,对硫系化合物和氮系化合物具有特殊的吸附能力,这是其他原料基ACF无法与其比拟的。与粉状(5~30nm)活性碳相比,活性碳纤维在使用过程中产生的微粉尘少,可以根据需要制成毡、布、纸等多种制品,使用时更加灵活方便。因此,活性碳纤维在化学工业、环境保护、电子工业、医用、食品卫生等方面的应用越来越受到人们的关注。1固碳纤维的制备工艺1.1聚丙烯腈纤维活性碳纤维的制造工艺如图1所示,[本研究采用的前驱体原为吉林化纤厂提供的聚丙烯腈纤维(PANF)]可根据不同的碳化、活化温度和时间,不同的活化气体来控制活性碳纤维的结构和微孔孔径,以适应不同的用途。1.2次梳理组织聚丙烯腈预氧丝(OPANF)−→(ΟΡAΝF)→一次梳理−→→二次梳理−→→成网−→→叠网−→→预针刺−→→预针刺−→→主针刺−→→成毡−→碳化、活化PAN−ACF→碳化、活化ΡAΝ-ACF毡2材料的复合加工由于活性碳纤维布的强度很低,不便于大量单独使用,且成本较高,有很多使用领域也要求将其制成各种复合产品,因而考虑采用不同的技术措施。但应注意在后期复合加工时要确保纤维状活性碳纤维的优异吸附特性不受损伤,并可考虑采用下述措施:(1)针刺复合:将活性碳纤维布与中效刺过滤材料(或初效过滤材料)复合为一体,活性碳纤维布应置于复合体中层。(2)热熔复合:将活性碳纤维布与撒有热熔胶粉的各种材料(如织物、薄型非织造布、微孔膜等)复合为一体。(3)衍缝复合:使用衍缝机将各层材料缝制成各种形状,便于使用。(4)应尽量避免使用化学粘合法,以免降低活性碳纤维的性能。3碳纤维的应用3.1活性碳纤维在血液净化装置中的合理应用活性碳纤维在医疗器械、医用材料、生理卫生、医用净水、空气净化等方面有着广阔的应用前景。血液净化装置。在长期保存的血液中,血小板及白细胞等易集合成块。同时,血液中的组胺和血清素明显增加,组胺过量会危害人体,血清素过量也会产生生理反应,因而,在输血前必须去除血液细胞及蛋白质组成的微小血栓。为此,医学上使用了血液净化装置,净化装置内部弃填粒状活性碳,虽也起到净化效果,但与血液作用的表面积小,不能充分吸收组胺等有害物质,且易发生堵眼。近年来,采用活性碳纤维制成的机织物或无纺布取得良好的效果。活性碳纤维制成的血液净化装置如图2所示:本体分上下两部分,过滤材料置于中间,血液从上部流入,下部导出。过滤层的活性碳纤维布可用多层,每层厚度在0.1~几毫米之间。活性碳纤维布孔径可以通过血球,但可截留相对较大的凝聚血块组胺与血清素等有害物质。血液净化装置的壳体多采用聚丙烯、聚氯乙烯材料。另,用活性碳纤维可以代换活性碳制造人工脏器(如人工肾脏、人工肝脏辅助装置)。由于活性碳纤维吸附能力强,再生性能好,可以用不同方法和条件控制活性碳纤维的结构和微孔孔径,有选择性地去除身体中所不需要的有害物质,保留身体中所需要的物质。加之活性碳纤维的可加工性强,不会有微粉之类物质进入体内或血液中,也不会溶解出对身体有害的成份。因而,活性碳纤维是代换活性碳的理想材料,并可使人工脏器小型化而便于携带。防毒、防化口罩。用活性碳纤维毡作为夹层的防毒、防化口罩已经面市。用熔喷法在活性碳纤维的两面直接熔喷超细纤维,超细纤维与活性碳纤维毡自行粘合、冷凝而形成均匀的网膜。用这种复合材料做口罩的罩芯,具有纺丝、成布及粘合一次成型的特点,其工艺流程短、成本低、活性碳纤维不易脱落等特点。纤维结构中使用超细纤维具有高效的过滤性能和高斥液性,起到细菌屏蔽作用,用这种方法制成的口罩具有防毒防化、防尘、防菌的效果。对活性碳纤维进行适当改性。例如,通过在活性碳纤维上负载铂、钯等金属离子,以改变其表面的物理化学性质,可有效达到脱除CO等有害气体。在活性碳纤维上负载银离子,能达到除菌,净化饮用水的目的。3.2食品工业活性碳纤维在食品工业中的应用广泛,凡使用粉状和粒状活性炭的场合,都可以用ACF来代替。(1)过滤器如精制糖生产过程中的糖液脱色。用ACF脱色,可制成纤维布状装入过滤器中,通往糖浆直接过滤脱色。与现行的粉状或粒状活性碳脱色法相比,既可缩短脱色处理时间,又能保证糖汁的脱色质量,并且在除去有色物质的同时,还能吸附灰分和有机非糖分。(2)作为粉末和非活性碳脱色现行工艺是用粉末活性碳除胶体物质,然后用离子交换树脂除铁,最后用粒状活性碳脱色。采用ACF则可将脱色、除铁和胶体统一为一步进行,节省操作和设备投资费用。此外,用ACF代替粉末状或粒状活性碳脱色还具有如下优点:①用量少,可使装置小而轻,占地面积少。②使用寿命长,可以减少更换和检修次数,因此,ACF的性能价格比优于粉末和粒状活性碳。③操作简单,便于实现连续操作。(3)选择合适的操作时间和时间目前低度白酒除浊方法虽较多,但均不同程度地存在成本高、操作繁重、周期长和有效