活性炭纤维的孔隙结构
活性炭纤维是以有机聚合物或沥青为原料生产的,灰份低,其主要元素是碳,碳原子在活性炭纤维中以类石墨微晶的乱层堆叠形式存在,三维空间有序性较差,经活化后生成的孔隙中,90%以上为微孔,这就为活性炭纤维提供了大量内表面积。
活性炭纤维另一个特点是具有较大的外表面积,而且大量微孔都开口在纤维表面,在吸附和解吸过程中,分子吸附的途径短
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活性炭纤维的孔隙结构
活性炭纤维是以有机聚合物或沥青为原料生产的,灰份低,其主要元素是碳,碳原子在活性炭纤维中以类石墨微晶的乱层堆叠形式存在,三维空间有序性较差,经活化后生成的孔隙中,90%以上为微孔,这就为活性炭纤维提供了大量内表面积。
活性炭纤维另一个特点是具有较大的外表面积,而且大量微孔都开口在纤维表面,在吸附和解吸过程中,分子吸附的途径短,吸附质可以直接进入微孔。这为活性炭纤维的吸附,有效地利用微孔提供了条件。而活性炭需要经过由大孔、过渡孔构成的较长的吸附通道。
活性炭纤维孔隙结构另一个特点是孔径分布狭窄,孔径比较均匀。暴露在纤维表面的大部分是20A左右的微孔。

活性炭纤维的吸附特性
①吸附容量大。活性炭纤维具有发达的微孔结构。活性炭纤维对有机化合物蒸汽有较大的吸附量,对一些恶臭物质,如正丁基硫醇等吸附量比粒状活性炭大几倍、甚至几十倍。对无机气体如NO、NO2、SO2、、H2S、NH3、CO、CO2以及HF、SiF4等也有很好的吸附能力。对水溶液中的无机化合物、染料等有机化合物及贵重金属离子的吸附量也比粒状活性碳高,有的高5-6倍。对微生物及细菌也有良好的吸附能力,例如对大肠杆i菌的吸附率可达94-99%。
②吸附速度快。由于活性炭纤维外表面积比粒状活性炭大1-2个数量级,而且许多微孔直接开口在纤维表面上,可以直接接触吸附质分子,所以,ACF的吸附速度快。比粒状活性碳高2至3个数量级,对气体的吸附一般在数十秒或几分钟内达到吸附平衡,对液体的吸附也只需几十分钟达到平衡。
③脱附速度快。由于纤维较细,外表面容易被加热,所以脱附的速度也很快。脱附时,用N2作脱附载体在150℃进行脱附,ACF约3分钟就完全脱附,而GAC只能稍微脱附。因此,GAC脱附时间如果不充分,由于脱附不全而导致吸附能力降低。
④对低浓度吸附质的吸附能力特别优良。⑤吸附层薄。
ACF具有微孔形结构,微孔半径在2nm以下,其孔径分布窄,特殊的细孔呈单分散分布,由不同尺寸的微细孔隙组成其结构,并且中孔、小孔扩散呈现出多分散型分布,在各细孔结构中的差别较大,其主要原因在于原料的不同.在ACF中无大孔,只有少量的过渡孔,微孔分布在纤维表面,其吸附速率快,ACF丝束的空间起大孔作用,对气相与液相物质具有较好的吸附作用,其外比表面积大,吸脱速度快,为粒径活性炭10~100倍.随着比表面积增大,细孔的均匀孔径随之增大,细孔容积增加,在细孔内发生吸附后充填细孔内.其比表面积增大吸附容量大,为粒状活性炭的10倍,可吸附处理低浓度废气或具有高活性的物质.ACF的体积密度小,滤阻小、可吸附粘度较大的液态物质,且动力损耗小.
生产活性碳纤维的工艺根据前驱体材料的不同有所不同,但所有的前驱体材料都要经过预处理、碳化、活化而成,原材料首先经预处理成为可碳化纤维,再进一步经碳化和活化成为活性碳纤维制品。
预处理:即稳定化处理,主要目的是使纤维不融化,在碳化和活化的高温过程中保持纤维原形。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(磷酸盐、碳酸盐、硫酸盐等)溶液中,然后使其干燥。该法用在粘胶基ACF生产中,与直接进行碳化或活化的相比,既可提高收率,同时其纤维力学和吸附性能也得到改善,预氧化处理一般采用空气预氧化的方法,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。
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