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提高木質活性碳纖維比表面積的方法
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作者:pro10845f02
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發布時間: 2014-08-28
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活性碳纖維(Activated Carbon Fiber,簡稱ACF)是一種目前新興起的吸附材料，作為一種新型吸附功能材料，可以廣泛應用于環境凈化、催化劑載體、電極材料等方面，與活性炭相比，其具備直徑細、比表面積高、吸附容量大、吸脫附速度快等特點，被譽為21世紀最先進的環境保護材料之一。目前，活性碳纖維的制備原料主要以石油化工產品為主，雖然制備出的產品具有優良的吸附性能，但由于石油資源日益緊缺，使活性碳纖維不具有可持續發展性。在高度提倡能源綠色化的今天，如何制備木質活性碳纖維取代以石化資源為原料的活性碳纖維成為一項重要課題。
目前，活性碳纖維的核心技術主要掌握在國外壟斷企業尤其是日本、美國手中，已經開發出了不同原料基、具有不同吸附性能的特種活性碳纖維產品。活性碳纖維及其產品在日本、美國等發達國家，已經進入工業化和實際應用階段，而中國的活性碳纖維基本上還處于研制、開發和試驗階段，尚未能夠啟動具有產業化價值的品種，產品性能還有待進一步提聞。
木質生物質資源可再生，其含有的豐富纖維素和木質素均是制備活性碳纖維的良好原絲原料，大量廢棄的木材和木材加工剩余物均可成為活性碳纖維的原料來源。利用木材等生物質資源作為活性碳纖維的前驅體原料，可以實現活性碳纖維原料的可持續利用，降低活性碳纖維的生產成本，在環境保護和資源儲備等方面具有重大的戰略意義。
當前，國際上，為了提高木質活性碳纖維的比表面積，改善其吸附特性，一般通過改變活化參數的手段，如提高活化溫度，延長活化時間，加大活化劑濃度等。但這些方法的操作繁瑣，由于需要較高的活化溫度，導致耗能大，不適應節約型社會的要求。因此迫切需要一種操作方便且能耗低的提高木質活性碳纖維比表面積的方法。
據恒志信網消息：國內最新研制成功一種提高木質活性碳纖維比表面積的方法和比表面積高的木質活性碳纖維制造方法。
新技術提高木質活性碳纖維比表面積的方法，包括以下步驟:
1、木材液化物經過紡絲液的合成、熔融紡絲和固化工藝，制得木材液化物原絲，對原絲通過預氧化處理，制備出預氧化絲；
2、活化處理步驟如下:
在惰性氣體或氮氣保護下將預氧化絲作活化處理，活化溫度為650-910°C，使用的活化劑為水蒸汽，水蒸汽流量為3.9?7.lg/min,活化時間為30_60min，得到木質活性碳纖維。
通過大量實驗，結合其結果，研究者發現在步驟(I)中，不僅僅預氧化溫度范圍的選擇是一個關鍵因子，同時，原絲的質量、空氣流速和升溫速率對氧化過程也有著較大的影響，若溫度不足，原絲加入過多，升溫速率過慢，則所得產物氧化程度明顯不足，吸附和解吸能力較差，比表面積小，反之亦然，所得的木質活性碳纖維質量明顯下降，無法達到工藝上的要求，更無法滿足大規模生產需求。在新技術的預氧化的條件范圍內，可以實現非常好的效果。
新技術的提高木質活性碳纖維比表面積方法為:
1、預氧絲的制備:木材液化物經過紡絲液的合成、熔融紡絲和固化工藝，制得木材液化物原絲，然后將1.5g原絲放入預氧化爐中，兩端用夾子固定，打開空氣發生泵通入一定量的空氣，空氣流量為0.6m3/h，升溫速率為1°C /min，加熱至280°C保溫60min后降至室溫，關閉空氣發生泵，取出預氧化絲。
2、在氮氣保護下將預氧化絲作活化處理，活化溫度為910°C使用的活化劑為水蒸汽，流量為4.84g/min，活化時間為60min，得到性能優良的木質活性碳纖維，所得的木質活性碳纖維的比表面積達到了 3068m2/g，總孔容達到了 1.728cc/g。
新技術方法得到的木質活性碳纖維具有較大的比表面積，并且，由于呈纖維狀，可以編織成布、帶、氈等多種形式使用，為工程應用提供了一定的靈活性，從而解決了許多顆粒狀活性炭無法解決的問題。
另外，通過新技術的特殊的處理方式，首先進行預氧化，而后進行活化，使所得的木質活性碳纖維具備了優異的理化特性，比表面積大大增加，吸附和解吸附能力均得以改善，并以其特殊的表面化學結構和物理吸附特性廣泛應用于環保、電子、醫用衛生、化工等領域。并且，新技術的方法操作方便，能耗小，具有較好的工業應用前景。
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