中孔活性炭纤维的制备与其在医药方面的应用

中孔活性炭纤维的制备及其在医药方面的应用报告人：欧阳洁瑜指导老师：陈水挟教授选题意义活性炭纤维（ACF）中孔活性炭纤维（meso-ACF）活性炭纤维概述活性炭纤维含丰富微孔的纤维状炭吸附材料.优点成型性好、耐酸碱、导电性和化学稳定性好、比表面大、孔径分布集中、吸附、脱附速度快

应用领域环保工业、化学工业局限性染料分子或维他命等大分子物质难以吸附中孔ACF的研究进展

及应用背景

设计和控制合成中孔ACF的必要性（不仅可用作大分子物质的吸附，还可用于双电层电容等新领域）研究现状：Pekala课题组制成中孔炭气凝胶

Hanzawa课题组控制合成了孔结构一定的炭气凝胶

Tamai课题组从有机金属－沥青混合物制得了中孔活性炭纤维

中孔ACF的制备工艺

催化活化法聚合物混合物或有机物凝胶的直接碳化模板炭化法

催化活化法优点：产品中孔发达，微孔也十分丰富缺点：产品会不可避免地引进不必要的金属离子抽丝

有机前驱体预氧化中孔活性炭纤维炭化、活化高聚物+有机金属聚合物混合物或有机物凝胶的

直接 碳化1聚合物混合物的直接炭化

两种或两种以上的热稳定性不同的聚合物混合（物理或化学混合），然后在高温下炭化制备ACF。

混合物各成分间的相互作用决定于它的形态，即混合物是单一形态的还是相分离结构的

2有机物凝胶的直接炭化

通过熔胶凝胶反应制得有机物凝胶，然后在高温下炭化优点：产物孔径分布均匀，大小容易控制，而且比表面大，吸附性能优良缺点：选择合适的反应物及控制反应进程比较困难模板炭化法

模板炭化由两部分组成：

1.有机物在无机物模板的纳米微孔中炭化；

2.产物从模板中脱离出来

优点：可以从孔径大小或孔的形状两方面来控制炭材料的结构，而且还可控制其宏观和微观形态缺点：除去炭化时所用的模板，成本高又费时创新点

采用在前驱体中引入无机金属离子的方法，使其既发挥催化剂的作用，又充当活化剂，促使产物活性炭纤维中孔的发育。工作设想实验方案：重金属离子催化活化法工艺流程：原料中间物ACF产品结构表征性能评价添加金属离子预处理炭化活化实验结果与讨论1.制备工艺对ACF得率的影响：

采用沥青纤维、粘胶纤维、离子交换树脂等原料制得一批产品。初步考察了离子浓度、活化温度、活化时间对产品得率的影响。

实验号CNiSO4（mol.L-1）活化温度（℃）活化时间（min）得率①0.016502018.0％②0.017504016.4％③0.058506020.4％④0.056506021.1％⑤0.17504022.5％⑥0.18502022.6％制备条件对粘胶基活性炭纤维产品得率的影响实验号CNiSO4（mol.L-1）活化温度（℃）活化时间（min）得率①0.016502016.9％②0.017504020.7％③0.058506025.0％④0.056506028.2％⑤0.17504030.2％⑥0.18502027.5％制备条件对球状活性炭产品得率的影响小结1.由②⑤可以看出，离子浓度越高，产品得率越高；2.由③④可以看出，活化温度越低，产品得率越高；3.由⑤⑥可以看出，活化时间越短，产品得率越高。2.活性炭纤维的孔结构：

水蒸气活化粘胶基活性碳纤维（VACF）的孔结构

氮吸附等温线(77K)

中孔分布微分曲线水蒸气活化沥青基活性碳纤维（PACF）的孔结构氮吸附等温线（77K）中孔分布微分曲线

小结活化时间的影响：活化时间越长，所得产品的孔径越大，越容易形成中孔ACF3.活性炭纤维的液相吸附性能

亚甲基蓝分子式：C16H18N3SCl·3H2O分子量:373.9几何尺寸(nm):1.44×0.60×0.18实验方法配制500mg/L的亚甲基蓝溶液，以该溶液体积:ACF产品质量＝50ml:50mg的比例进行吸附实验，吸附25h后测定溶液的吸光度变化，从而得出其吸附量多孔炭材料对亚甲基蓝吸附量

编号

原料

活化温度

(℃)活化时间

(min)吸附量

(mg/g)①剑麻基纤维

85050136.1②离子交换树脂7505070.8③离子交换树脂8505085.3④粘胶纤维

8502583.4⑤粘胶纤维

8505090.8小结由上表可以看出：1.剑麻基ACF对亚甲基蓝的吸附效果较好，说明其活化效果较好，孔径相对较大。2.活化温度越高，时间越长，吸附量越大，说明在较高温度下，延长活化时间有利于产品孔径的扩大

ACF的抗菌性能实验

大肠杆菌与金黄色葡萄球菌的对比实验：由左表可知，经过24h后，溶液中的大肠杆菌可被载银ACF完全杀灭；而未载银ACF对大肠杆菌也表现出良好的吸附特性，表明活性炭纤维的中孔对细菌有强的吸附作用样品细菌浓度(cfu/mL)原液24小时后SACF5.00×1075×103SACF-AgCl0SACF-AgI0VACF1.5×104VACF-AgCl0VACF-AgI0blank∞ACF抗大肠杆菌活性

ACF抗金黄色葡萄球菌活性

由左表可看出，载银ACF对溶液中的金黄色葡萄球菌杀灭率可达到100％，而未载银ACF对其不起作用样品细菌浓度(cfu/mL)原液24小时后SACF-AgCl1×1070ZCSACF-AgCl0AC-AgCl0SACF-AgI1.6×102SACF∞VACF∞AC∞小结由上面的分析可以看出：1.载银活性炭纤维表现出极强的杀菌性能。2.活性炭纤维含有一定量的中孔，因而较大尺寸的细菌也有一定的吸附能力。结论镍盐活化剂浓度对活性炭纤维的得率影响较大，离子浓度越高，产品得率相对较高。控制制备条件，包括延长活