活性碳纖維的前軀體為碳纖維或各類預(yù)氧化纖維,其主要成分為碳材料。常用的活性碳纖維制備即活化方法按活化劑的不同,分為氣體活化法和化學(xué)試劑活化法兩種。氣體活化法以水蒸汽、二氧化碳或微量空氣為氧化介質(zhì),使碳材料中無序碳部分氧化刻蝕成孔,這種方法使用的比較多,研究的也較為清楚;化學(xué)試劑活化法用化學(xué)藥劑浸泡碳材料,在加熱活化過程中,使其中的碳元素以一氧化碳、二氧化碳等小分子形式逸出,常用的化學(xué)藥劑有ZnCl2、KOH等,由于這種方法產(chǎn)生的活性碳纖維性能不穩(wěn)定,所以較少使用。 [3]碳纖維主要是由碳元素組成的一種特種纖維,其含碳量隨種類不同而異,一般在90%以上.江陰靠譜的碳纖維圖片
20世紀(jì)50年代初,美國Wright-Patterson空軍基地以黏膠纖維為原料,試制碳纖維成功,產(chǎn)品作火箭噴管和鼻錐的燒蝕材料,效果很好。1956年美國聯(lián)合碳化物公司試制高模量黏膠基碳纖維成功,商品名“Thornel—25”投放市場,同時開發(fā)了應(yīng)力石墨化的技術(shù),提高碳纖維的強(qiáng)度與模量。20世紀(jì)60年代初,日本進(jìn)藤昭男發(fā)明了以聚丙烯腈(PAN)纖維為原料制取碳纖維的方法,并取得了**。1963年日本碳公司及東海電極公司用進(jìn)藤的**開發(fā)聚丙烯腈基碳纖維。江陰優(yōu)勢碳纖維價目若依特性則分為普通碳纖維高模數(shù)碳纖維與活性碳纖維等三種。
ACF對低濃度物質(zhì)更顯優(yōu)異的吸附性能,在處理微量雜質(zhì)和提純?nèi)芤旱膽?yīng)用上,GAC和PAC是無法與其比擬的。同時,ACF具有耐堿、耐酸、耐高溫、導(dǎo)電和化學(xué)穩(wěn)定性等。**重要的是ACF可操作性好,具有普通纖維的機(jī)械物理性能,能自由地加工成不同形態(tài)的纖維制品(如布、帶、氈等),能與其它功能纖維復(fù)合使用,便于設(shè)計出更加小型緊湊的各種吸附和過濾裝置,為工程應(yīng)用和設(shè)備簡化帶來更大的便利。而且,ACF制品在振動下不會發(fā)生裝填松動或過緊,克服了GAC和PAC在操作時易形成溝槽和沉降等問題,特別適合吸附和脫附頻繁的廢水處理和空氣凈化。所以,國外已經(jīng)在環(huán)保、化學(xué)化工、食品、醫(yī)療衛(wèi)生、****、航空航天、原子能、電子、交通運輸、紡織和日常生活等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用了ACF及其制品。 [2
ACF的表面官能團(tuán)的種類、數(shù)量給吸附和催化帶來了重大影響,因此,一些研究者通過改性的方法來更有效地挖掘活性碳纖維的潛力。目前活性碳纖維表面改性的技術(shù)主要包括化學(xué)溶液浸漬、高溫?zé)崽幚?,化學(xué)氣相沉淀,電極氧化,微波處***相反應(yīng)和低溫等離子體等?;瘜W(xué)溶液浸漬化學(xué)溶液浸漬是將活性碳纖維浸漬在一定的化學(xué)溶液中,使其表面化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化,從而提高活性碳纖維的一定化學(xué)反應(yīng)與催化反應(yīng)能力的方法。不同化學(xué)溶液浸漬可以達(dá)到不同的改性效果,一般常用的化學(xué)溶液有硝酸、硫酸、H2O2、磷酸、鹽酸等,其它的還有一些金屬化合物溶液,如NaOH、KOH、FeSO4、MnSO4、AgNO3、Co+等。硝酸浸漬是應(yīng)用**多的一種表面改性方法,易改變活性碳纖維的表面化學(xué)性質(zhì),也易改變其比表面積和孔結(jié)構(gòu)。以硝酸為處理液氧化載體ACF可以提高催化劑的反應(yīng)活性。1963年日本碳公司及東海電極公司用進(jìn)藤的開發(fā)聚丙烯腈基碳纖維。
活性碳纖維的纖維直徑為5~20μm,比表面積平均在1000~1500m2/g左右,平均孔徑在1.0~4.0nm,微孔均勻分布于纖維表面。與活性炭相比,活性碳纖維微孔孔徑小而均勻,結(jié)構(gòu)簡單,對于吸附小分子物質(zhì)吸附速率快,吸附速度高,容易解吸附。與被吸附物的接觸面積大,且可以均勻接觸與吸附,使吸附材料得以充分利用。效率高,且具有纖維、氈、布和紙等各種纖細(xì)的表態(tài),孔隙直接開口在纖維表面,其吸附質(zhì)到達(dá)吸附位的擴(kuò)散路徑短,且本身的外表面積較內(nèi)表面積高出兩個數(shù)量級。對于有些大分子或顆粒物質(zhì),如二惡英、粉塵等,體積已經(jīng)接近乃至大于活性碳纖維微孔體積,難以被吸附,相比較活性炭更占有優(yōu)勢。高模數(shù)者,則強(qiáng)力在150㎏/㎜2以上,模數(shù)在17000㎏/㎜2以上時稱之。江陰靠譜的碳纖維圖片
其由碳引起的反光很引人注目,外觀很具有未來派色彩。江陰靠譜的碳纖維圖片
在第三次國際碳纖維會議上(1985年,倫敦),曾建議按力學(xué)性能將碳纖維分成下列5級。超高模量級(UHM):模量在395GPa以上;高模量級(HM):模量在310~395GPa間;中模量級(IM):模量在255~310GPa間;超**度級(UHT):強(qiáng)度在3.5GPa以上,模量在255GPa以下;**度級(HT):強(qiáng)度達(dá)3.5GPa。這兩種分級法都有不足之處?,F(xiàn)在高性能碳纖維產(chǎn)品分類由制造商自行標(biāo)明:原纖維種類、單絲孔數(shù)、直徑、排列方式(如平行、纏結(jié)、加捻等),有無表面處理(及其種類),有無上漿(及漿劑種類)等。一些重要的高性能商品名稱及性能,可見聚丙烯腈基炭纖維和瀝青基炭纖維。江陰靠譜的碳纖維圖片
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