CN103623778A - 一种活性碳纤维的改性方法 - Google Patents

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张旺
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一种活性碳纤维的改性方法，属于材料生产技术领域，特别是活性碳材料的改性技术。先将活性碳纤维在常压下沸水中煮制后取出后，再用去离子水洗净并放入70℃恒温干燥后取出；再将预处理过的活性碳纤维置于800W、150V的微波辐射处理。本发明操作简便，条件易控，易于工业化，且与化学改性相比，经济、无污染。制备的改性的活性碳纤维与原活性碳纤维相比，比表面积、低压吸附量、比孔容更大，吸附能力更强，且结构稳定，不破坏活性碳纤维自身的结构。

Description

一种活性碳纤维的改性方法
技术领域
本发明属于材料生产技术领域，特别是活性碳材料的改性技术。
背景技术
活性碳纤维（activated carbon fiber，ACF），也称作纤维状活性碳，是一种性能优于粉末活性碳和颗粒活性碳的高效活性吸附材料和环保工程材料，其具有微孔多、比表面积大的结构特点，它有超过50%的碳原子位于内外表面并构筑成了独特的吸附结构，通常被称为表面性固体。活性碳纤维是以聚丙烯基、粘胶基纤维、沥青基纤维为原料，经高温碳化活化工艺处理而制成的新型的吸附材料，较窄的孔径分布和较发达的比表面积使得它具有较快的吸附、脱附速度和较大的吸附容量，并且由于它可方便地加工为布、毡、纸等不同的形状，有耐腐蚀耐酸碱等特性，使得其一问世就得到了社会的广泛关注和深入的研究，目前碳纤维已在许多领域得到了广泛的应用，如环境保护、催化、医药、军工等。
随着当今环境污染的日益突出和人类环境意识的不断提高，治理三废污染和保护生存环境己经列入了各政府部门的议事日程。活性碳纤维能高效的去除气体或溶液中的有害物质，是广泛应用于饮水和空气的净化、溶剂的回收、废水的处理、催化剂的制造以及个体防护等尖端科技领域的高科技材料。近年来碳纤维在溶剂回收及水处理中得到了广泛的应用，因其广大的发展前景而被人们誉为二十一世纪里最为先进的环保材料之一。
活性碳纤维的表面化学结构和孔隙结构是影响其吸附能力的重要因素，可通过物理改性和化学改性等手段改变其表面化学结构和孔隙结构，以进一步提高其吸附性能，但硝酸、氢氧化钠等化学改性会对活性碳纤维造成二次污染。因此，研究经济、无污染的活性碳纤维改性方法具有重要的意义，讨论碳纤维改性前后的结构特征，可以拓展活性碳纤维的应用领域，更好的利用其吸附性能。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可增强吸附能力且不破坏活性碳纤维自身结构的活性碳纤维的改性方法。
本发明包括以下步骤：
1）预处理：将活性碳纤维在常压下沸水中煮制后取出后，再用去离子水洗净并放入70℃恒温干燥后取出；
2）微波处理：将预处理过的活性碳纤维置于800W、150V的微波辐射处理。
本发明以活性碳纤维为原料，通过微波辐射改性，得到改性的活性碳纤维。改性后的材料的特征：比表面积1031 m2/g, 低压吸附量331 cm3/g，比孔容0.5120 cm3/g，微孔含量100%。改性后的活性碳纤维吸附速度快，吸附容量大，是能广泛应用于废水处理的新型材料，可以用于吸附水中对邻苯二甲酸二丁酯，改性后的碳纤维对其的吸附能力与改性前相比提高了约25%。本方法适用于活性碳纤维毡、布的改性，以聚丙烯基、粘胶基、沥青基纤维为原料制成的活性碳纤维的改性。
本发明操作简便，条件易控，易于工业化，且与化学改性相比，经济、无污染。制备的改性的活性碳纤维与原活性碳纤维相比，比表面积、低压吸附量、比孔容更大，吸附能力更强，且结构稳定，不破坏活性碳纤维自身的结构。
另外，为了彻底除去活性碳纤维内的杂质，本发明煮制的时间为15min。
为了使活性碳纤维充分干燥，无液体残留在纤维上，本发明恒温干燥3h。
微波辐射处理1min，目的是让碳纤维得到充分改性，不至于时间过短使改性效果不明显，也不至于时间过长使碳纤维过热而灼烧。
所述活性碳纤维的纤维直径为10～20μm。
附图说明
图1为改性前活性碳纤维的形貌扫描电镜图，放大倍数：1×100。
图2为改性后活性碳纤维的形貌扫描电镜图，放大倍数：1×100。
图3为改性前活性碳纤维的形貌扫描电镜图，放大倍数：1×500。
图4为改性后活性碳纤维的形貌扫描电镜图，放大倍数：1×500。
图5为60ml 、0.8g/L邻苯二甲酸二丁酯经改性前后的活性碳纤维吸附后，邻苯二甲酸二丁酯溶液的紫外-可见光谱图。
具体实施方式
一、改性工艺：
将直径为10～20μm的活性碳纤维放入沸水中煮沸15min，取出后用去离子水洗净并放入70℃恒温干燥箱，干燥3h后取出。
将上述预处理过的活性碳纤维作为原料，置于微波化学反应器中，调制微波反应器的参数为：800W，150V，微波辐射改性1min后取出，得到改性的活性碳纤维。
二、性能测验：
1、对改性前后的活性碳纤维进行形貌扫描电镜试验，得到不同放大倍数的图1、2、3、4。从图1、3可见活性碳纤维改性后，纤维发生了部分断裂，由图2、4可见改性前后的活性碳纤维自身的结构没有发生破坏。
2、配制0.8g/L邻苯二甲酸二丁酯的溶液，在60ml、0.8g/L邻苯二甲酸二丁酯溶液中分别加入活性碳纤维原料和改性过的活性碳纤维各0.15g，将上述装有溶液的锥形瓶放入摇床中（转速：160r/min），12h后取出，测量吸附后溶液的紫外吸光度，通过吸附前后溶液的浓度对比分析可得，改性过的碳纤维的吸附能力较未改性的原料提高了25%。
图5分别是60ml 、0.8g/L邻苯二甲酸二丁酯经改性前后的活性碳纤维吸附后，邻苯二甲酸二丁酯溶液的紫外-可见光谱图，其中，曲线a为改性前，曲线b为改性后。从图5中可以看出：取在最大吸收波长276nm处，b曲线的吸光度明显小于a曲线的吸光度，说明改性过的活性碳纤维的吸附能力更强。
3、使用多用吸附仪测量改性前后活性碳纤维的比表面积等参数，见表1，比表面积从893 m2/g增加到1031 m2/g，低压吸附量从306 cm3/g增大到331 cm3/g，比孔容从0.4730 cm3/g增大到0.5120 cm3/g，改性后的碳纤维与原样相比微孔含量也有明显的增加，从97%增加到100%。
表1 碳纤维改性前后表面化学结构、孔结构参数
Figure 2013106389080100002DEST_PATH_IMAGE002

Claims (5)

1.一种活性碳纤维的改性方法，其特征在于包括以下步骤：
1）预处理：将活性碳纤维在常压下沸水中煮制后取出后，再用去离子水洗净并放入70℃恒温干燥后取出；
2）微波处理：将预处理过的活性碳纤维置于800W、150V的微波辐射处理。
2.根据权利要求1所述活性碳纤维的改性方法，其特征在于煮制的时间为15min。
3.根据权利要求1所述活性碳纤维的改性方法，其特征在于恒温干燥3h。
4.根据权利要求1所述活性碳纤维的改性方法，其特征在于微波辐射处理1min。
5.根据权利要求1或2或3所述活性碳纤维的改性方法，其特征在于所述活性碳纤维的纤维直径为10～20μm。
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