活性炭纤维是与活性炭并列的产品之一,活性炭以粒状为主,而活性炭纤维的形态主要有毡状、布状、丝状,以植物素纤维(粘胶纤维)或其它有机聚合物为原料,先成形再炭化活化而得。其主要元素是炭,炭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。
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、***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。
吸附操作也有它的不足之处,首先,由于吸附剂的吸附容量小,因而需耗用大量的吸附剂,使设备体积庞大。其次,由于吸附剂是固体,在工业装置上固相处理较困难,从而使设备结构复杂,给大型生产过程的连续化、自动化带来一定的困难。多年来对上述存在的问题作了大量的研究工作。在某些方面已有所突破。如分子筛的出现及其应用,移动床在工业上成功在连续运转,使设备与操作得到简化,使过程达到了连续吸附与脱附,为装置的大型化、生产的自动化创造了条件,推动了吸附技术的发展。
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