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活性碳纤维静电植绒制品及其空气净化性能研究
作者:管理员    发布于:2017-01-09 14:28:19    文字:【】【】【

  果表明活性碳纤居静电植绒制品具有优良的吸附、脱附性能,有效地解决了活性碳纤居加工性能差的问题中图法分类号:TQ342742室内外空气污染源很多,如装修、建筑材料、清洗剂、化妆品、家电辐射、柏油路蒸气、汽车尾气等等,它们散发大量的不良气体如:甲醛、苯、氨等,这些不良气体对人体的健康构成了严重的威胁。目前市场上绝大多数的空调机或空气净化器采用颗粒活性炭(简称GAC)作为基本吸附材料,由于GAC的孔径分布特点,它对低浓度的空气污染物吸附效率较低,同时,GAC再生性差,因此使用过程中吸附作用会慢慢降低。活性碳纤维(简称ACF)具有优异的结构特点和优良的吸附性能,对各种无机物、有机化合物都能有效地吸附,且再生性能好,特别对于低浓度物质的吸附,有其的效果,因此ACF及其价廉物美的制品在室内空气净化方面具有广阔的应用前景1.活性碳纤居及其吸附、脱附性能吸附材料的吸附作用由吸附力、吸附容量和吸附速率等因素决定,这些因素依赖于吸附材料的表面特性,包括:化学特征(官能团作用)和物理特征(微孔容量、比表面积、微孔构造),其吸附性能可用S=lg C*平衡浓度;B吸附材料的比表面积(m2/g);*吸附材料的孔隙直径(nm)。

  可见物理吸附能力由比表面积S和孔径D来决定,比表面积越大,吸附材料的吸附能力越大,孔径越小,吸附材料的吸附能力越大。另外,ACF的化学构造对不同吸附介质的化学吸附能力也有很大的影响。

  1.1ACF的物理结构对吸附、脱附性能的影响*:2002-09比,ACF中的微孔含量丰富,比表面积高达以通过改变ACF表面的疏水性和亲水性、导入极性基()基材:全棉平纹织物、聚丙烯筛网。

  2.2工艺流程植绒工艺流程如所示。

  1000~3000m2/g,且微孔直接开口于纤维表面,所以吸附质能充分地与微孔接触,吸附容易,吸附路径短,因而具有吸附容量大、吸附效率高、吸附速度快等优点。

  而GAC吸附时,吸附质要经过大孔和中孔中的扩散才能到达微孔被吸附,其吸附速度较慢。因为ACF的微孔直径小,容易发生毛细管凝聚作用、微孔填充效应和分子筛等吸附作用,所以在吸附低浓度物质时仍保持很高的吸附效率,甚至在GAC不能吸附的低浓度下,ACF仍有较好的吸附效果,特别适用于低浓度物质的吸附,ACF的这一结构特点决定了它优良的吸附特性,特别适用于对室内空气中的低浓度有害气体的吸附和去除。1.2ACF的化学结构对吸附性能的影响ACF表面还含有大量的表面官能团,如表1所示,表面官能团与吸附质之间相互作用,加了吸附选择性,提高了吸附效率。

  表1ACF官能团含量()吸附剂碱性含酸性含氧基团品种氧基团酚羟基羰基羧基过氧化基团表面含氧官能团的存在,使得ACF具有一定的离子交换性能,除微孔吸附外,还能与被吸附质发生化学键合、离子交换等形式的化学吸附,一些不能进入微孔的较大分子也可能通过与表面官能团的作用被吸附。

  除含氧官能团外,不同原纤维的ACF还含有特定的官能团,从而具有特殊的吸附性能,如PAN基ACF中存在的胺基、亚胺基基团,对恶臭物质的吸附极为有效。

  1.3ACF的改性与定向吸附效果根据需要还可以对ACF进行物理或化学改性,所谓物理改性是指在生产过程中对ACF孔径大小的控制与调节,从而提高吸附的选择性和吸附效率;所谓化学改性是指在ACF中引入能吸附特殊物质的官能团,从而提高吸附的选择性和吸附效率。ACF表面化学改性常用的方法有浸渍法和混入法,浸渍法就是把ACF浸渍在需要改性的溶液中,通过烧结或者相应的化学反应对ACF进行改性;混入法就是在前驱体原料的纺丝液中加入需要改性的化学试剂,通过混合、纺团、负载化学试剂或金属粒子提高对恶臭气体及其它气体的吸附去除效果,提高空气过滤效率,如:在ACF上添附脂肪酸类的酸性物质,利用酸碱中和反应可以提高对氨(尿臭)的吸附性能,在ACF上添附胺及胺的诱导体,可提高ACF对醛类的吸附性能等。

  ACF的静电植绒ACF虽然具有良好的吸附性能,但其本身强力很低,加工性能差,而且价格昂贵。利用静电植绒技术使ACF依附某种基材,提高了使用性能,而且大大降低了使用成本扩大了使用的范畴。

  所示为静电植绒示意图,即在直流高电压的静电场内,使微小绒毛带电,并使之从一个电极向另一个电极吸引,垂直栽植于涂有粘合剂的基材上,并经过烘干、清刷等后整理工序,使产品表面附有一层密密的绒毛。ACF的静电植绒就是通过静电场的作用,使ACF短绒密密地栽植于基材上,利用ACF绒毛对空气进行过滤作用。

  本课题中用两种基材,一是全棉平纹布,二是聚丙烯筛网,制得吸附功能性织物和吸附功能性空气过滤网两类产品。

  2.1原料选择粘接剂:聚丙烯酸类粘合剂,粘度约为表2活性碳纤维静电植绒工艺参数绒毛涂敷电场预烘与固化长度细度静电压/kV极距预烘温度厂C预烘时间固化温度厂c固化时间吸附性能测试3.1测试方法氨蒸气吸附率的测定方法在规定的试验条件下,将含有一定氨浓度的混合气体连续通过试验层,当试样达到吸附饱和时,以被测试样所吸附的氨的质量与试样质量之百分比,表示被测试样对氨蒸气的吸附能力。

  100:*测试管在试验前的质量;M0测试管在试验后的质量;M*试样的质量。

  甲醛蒸气吸附率的测定方法将(2)中氨蒸气换为甲醛蒸气,测定与计算方法相同。

  比表面积测定方法采用苯蒸气动态吸附法,苯蒸气吸附率测定采用(2)中的方法,将其中氨蒸气换为苯蒸气,测定和计算方法相同。

  根据比表面积换算经验公式:比表面积B(m2/g)其中:K*比例常数,取3 A*苯蒸气吸附率()。

  再生性能测定方法将饱和吸附的试样在烘箱内(150 *C)加热1h再生,再按(2)、(3)方法测定吸附率;再生后试样吸附率其中:Ai*试样第i次吸附的吸附率;Mi*第i次饱和吸附试样的质量;1次再生后的试样的质量;第i次吸附的吸附率的下降率其中:Ai+1第i+1次试样的吸附率;Ai*第i次试样的吸附率。

  3.2测试结果根据上述测定方法,测得吸附功能性织物和吸附功能性空气过滤网的各项指标如表3所示(其中吸附率下降率为第10次吸附的吸附率的下降率)将ACF空气过滤网与某净化材料公司提供给春兰等品牌空调的GAC空气过滤网的除臭性能进行对比测试,除臭指标如表4所示(其中吸附率下降率为第10次吸附的吸附率下降率)。

  表3吸附功能性织物和吸附功能性空气过滤网的吸附指标甲醛苯氨比表面积试样吸附率吸附率下降率吸附率吸附率下降率吸附率吸附率下降率吸附功能性织物吸附功能性空气过滤网表4ACFGAC空气过滤网除臭(氨气)性能品种初始浓度06循环时间1残留浓度06去除率()去除率下降率()ACF过滤网GAC过滤网几乎不能再生4结束语利用活性碳纤维在网状或普通纺织品基材上进行静电植绒所制得的吸附功能性空气过滤网及吸附功能性纺织品面料,是一种新型空气净化材料,空气净化效果好、除臭能力强,特别是低浓度条件下吸附能力大大高于普通吸附材料,同时再生性好,又避免了活性碳纤维强力低、可加工性能差的弱点,其空气过滤网可广泛应用于空调机、空气净化器等,吸附功能性纺织品可制成防化服、除臭窗帘及车内吸附性装饰材料等等。开发价廉物美的活性碳纤维制品,应用于室内空气净化具有非常现实的意义。

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