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活性炭纤维及其在环保中的应用
作者:管理员    发布于:2016-12-01 08:48:42    文字:【】【】【

  (黑龙江省柴河林业局)表面官能团;具有很高的吸附容量、快的虱埘速度和一定的吸附选择性。本文简要地介绍了近年来活性芨纤维在饮用水净化、资泽回收、坏境保护等方面的应用。

  分类号X703活性炭纤维是有机纤维经高温碳化、活化制备而得到的一类多孔性纤维状吸附材料。活性炭纤维的比表面积为普通碳纤维的几十至几百倍;碳化温度较低(通常低于10001C),此类炭纤维经活化后形成的活性炭纤维表面还可存在多种含氧官能团。活性炭纤维是二十世纪60年代随着炭纤维工业的发展而发展起来。一般情况下,制备活性炭纤维首先将有机纤维编织成需要的形式,然后将其热解再经活化而制成活性炭纤维织物,并广泛应用于各种不同领域。活性炭纤维的制备包括预处理、碳化和活化三个阶段。预处理的目的是使某些纤维在高温碳化时不致熔融分解,以及改善产品的得率和性能。一般采用两种预处理方法,一种是低温预氧化,使其形成稳定的结构(如对聚丙烯睛纤维、沥青纤维);另一种是无机盐浸溃,提高纤维的热稳定性或降低纤维的碳化温度(如对粘胶纤维)。碳化阶段是在惰性氛围中加热升温,排除纤维中可挥发的非碳组分,残留的碳经过重排,局部形成类石墨微晶。活化阶段是指碳化纤维经活化剂处理,产生大量的空隙,伴随比表面积增大和重量损失,同时形成一定活性基团的过程。活化过程是控制活性炭纤维结构性能的关键。常用的活化剂有热水蒸汽或二氧化碳,也可采用其他化学物质,如金属化物、强酸强碱等进行活化的。前者称为物理活化,后者称为化学活化。活化一般要在550~1 0001C温度下进行,活化时间一般为l~lmin.活性炭纤维主要由碳原子组成。在碳化活化时,原纤维的结构被破坏,碳物质芳构化,局部形成类石墨微晶。活性碳纤维在表面形态和结构上与活性炭有很大的差别。与活性炭含有大孔、中孔和微孔不同,活性炭纤维具有大量的微孔,而且微孔孔径分布狭窄而均匀,孔宽大多数分布在0.51.5nm之间,微孔体积占总孔体积的90左右。因此,活性炭纤维具有很大的比表面积。活性炭纤维的主要成分是碳,但也存在一些微量的杂质原子,包括氧、氢,此外还有氮、硫等。它们与碳结合形成相应的官能团,其中以含氧基团在活性炭纤维表面含量较为丰富。这些含氧基团主要为竣基、羟基、羰基和内脂基;此外,还有醚基、胺基、亚胺基、巯基、磺酸基、膦酸基等。其所含活化基团的种类和数量取决于原纤维材料及处理方法。通过适当的表面改性,可以改变活性炭纤维的孔分布图面的化学基团的种类和含量,以及改变表面的亲水性能。由于活性炭纤维具有巨大的比表面和合适的微孔结构,对有机蒸汽的吸附量比粒状活性炭大几倍甚至几十倍;对无机气体如二氧化硫、硫化氢、氮氧化物、一氧化碳等也有很强的吸附能力;对水溶液中的有机物如酚类、染料、稠环芳烃类物质的吸附也比活性炭好得多。活性炭纤维对气体的吸附数十秒至数分钟可达平衡,液相吸附几分钟至几十分钟可达平衡,比活性炭的吸附速度高2~3个数量级。同时,由于活性炭纤维具有强的耐酸、耐碱及耐溶剂性能,并且具有一定的机械强度,因此再生时不易粉化,减少了微尘的产生,不会造成二次污染。活性炭纤维对有机质具有很强的相互作用力,特别适用于吸附去除ppm、ppb级乃至更低浓度的水中有机物,这对于废水的深度处理及高纯度水的净化具有重要的应用前景。活性炭纤维可吸附有机蒸汽、无机气体、水中有机质、金属离子、甚至微生物及菌尸,是一种“广谱”高效的吸附剂。

  2活性炭纤维的应用2.1有机溶剂回收由于活性炭纤维吸附容量大,吸附速度快,易加工成型,不易粉化等特点,它特别适用于车间中有机溶剂蒸汽以及生产过程中排放的有机溶剂的吸附和回收。实验证明,空气中的丙酮、苯、乙醇、乙酸乙酯、乙醚、异丙醇、乙酸甲酯、丁酮、石脑油、四乙烯、三氯乙烯、甲苯、二甲苯等有机蒸汽,95以上可被回收。用活性炭纤维回收溶剂已经制成相应的溶剂回收装置,并实现工业化。

  活性炭纤维对恶臭物质如含硫有机物硫化氢、甲硫醇、硫化甲烷有强的吸附能力;对胺类物质三甲胺、氨也有一定的附吸能力。通过在活性炭纤维上添加某些金属盐,可显著提高活性炭纤维对这些恶臭物质的吸附量。活性炭纤维可用于快速吸附用作洗涤剂或冷凝剂的含、含氟有机溶剂,减缓其对大气臭氧层的破坏。活性炭纤维可催化氧化还原汽车混合尾气,将碳氢化合物、一氧化碳、氮氧化物转化为二氧化碳和氮气。实现对汽车尾气的净化。利用活性炭纤维对臭气、湿气、微尘以及细菌的吸附能力,可制成室内空气净化装置如空气清净器的过滤器、空调通道的过滤器等。

  2.3废水、污水处理活性炭纤维对水中低浓度的有机物也有很强的吸附能力,是废水和污水深度处理的理想材料。用活性炭纤维进行废水和污水的深度处理,可以除去水中醚、硝基物、氯代有机物、酚、烃、芳烃等有机物如苯基醚、硝基氯苯、萘、苯乙烯、二十苯酚、DDT、表面活性物质及多种脂肪烃、芳烃、稠环芳烃、邻苯二甲酸酯等。此外,活性炭纤维还可还原吸附水中的Cr1)、Hg.可使出水中汞的浓度降低至ppb以下,且将(n)转化为毒性较低的Hg(I):,也可将Cr1)转化为Cr(in)。对其他一些无机组分如铝、硼、镉、铁、铅、钡等也有一定的吸附。

  2.4饮用水净化由于环境污染的加剧,人们对水质要求的提高,为改善水的安全性和味感,需要对水进一步净化。活性炭纤维可有效除去水中异味、有色物质及有毒有害物质如余氯、酚类、胺类、农药、稠环芳烃类等:此外,还有抑菌灭菌能力。载银、载碘的活性炭纤维可100地灭杀大肠埃氏杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌及桔草杆菌等。活性炭纤维还可吸附水中的菌尸及微粒,使水更加纯净。

  活性炭纤维是一类具有高效吸附功能的材料,这类材料对缓解自然资源的过度消耗和日益严重的环境污染,促进人类社会经济的可持续发展,具有重要的现实意义:

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