CN104264285A - 一种中孔活性炭纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于活性炭纤维的制备方法技术领域，具体涉及一种中孔活性炭纤维的制备方法。本发明主要解决了现有中孔活性炭纤维的制备方法存在连续纺丝困难、产品孔分布不均、生产工艺复杂、设备性能要求高、生产成本高和产业化难度大的技术问题。本发明采用的技术方案为：一种中孔活性炭纤维的制备方法，其包括配制浸渍剂、浸渍、挤压抽吸、固化、炭化活化和酸洗步骤。本发明具有能连续纺丝、产品孔分布均匀、生产工艺简单、设备性能要求低、生产成本低和易产业化的优点。

Description

一种中孔活性炭纤维的制备方法

技术领域

本发明属于活性炭纤维的制备方法技术领域，具体涉及一种中孔活性炭纤维的制备方法。

背景技术

活性炭纤维属第三代碳质吸附材料，其比表面积大、吸脱能力强，应用形式包括短切丝、毡、布等多种形式，因此具有更加广阔的应用空间。目前，市售活性炭纤维以微孔活性炭纤维为主，其吸附孔径全部集中在2nm以下的微孔，这就限制了活性炭纤维在大分子吸附领域的应用，特别是在液相吸附、催化剂载体、电子、医疗等领域的应用。因此，中孔活性炭纤维的研发与生产成为了活性炭纤维应用延伸的重要发展方向之一。中孔活性炭纤维的制备主要从两方面入手，改变活化工艺和掺合添加剂纺丝，具体方法包括：(1)活化工艺法，即通过改变活化时间、活化温度或活化气氛来调整孔径的大小；(2)金属催化法，即在纤维中加入金属化合物后，在活化时，金属原子对碳原子起到选择性气化作用，金属粒子周围的碳原子优先发生氧化形成孔，进一步活化制备中孔活性炭纤维；(3)非金属添加剂法，即在纺丝液中添加固体粉末或低温热解型高聚物，经过纺丝、不熔化、炭化、活化制备中孔活性炭纤维。目前，关于中孔活性炭纤维的制备主要存在如下问题：连续纺丝困难、产品孔分布不均、生产工艺复杂、设备性能要求高、生产成本高和产业化难度大。

发明内容

本发明的目的是解决现有中孔活性炭纤维的制备方法存在连续纺丝困难、产品孔分布不均、生产工艺复杂、设备性能要求高、生产成本高和产业化难度大的技术问题，提供一种中孔活性炭纤维的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种中孔活性炭纤维的制备方法，其包括如下步骤：

1)配制浸渍剂：将醇溶性树脂与醇溶性金属化合物溶于乙醇中，配制成浸渍剂，其中醇溶性树脂的用量为乙醇重量的0.1～10％，醇溶性金属化合物的用量为乙醇的0.01～1.00mol/L；

2)浸渍：将原料纤维浸渍于步骤1)配制得浸渍剂中，在室温下浸渍0.1～10小时；

3)挤压、抽吸：将浸渍后的原料纤维通过挤压和抽吸，去除多余的浸渍剂，控制原料纤维上的担载率为0.1～10％；

4)固化：将挤压、抽吸后的原料纤维在100～200℃的温度下固化0.5～10小时；

5)炭化活化：将固化后的原料纤维置于惰性气氛中，在800～900℃的温度下通过水蒸气活化10～60分钟；

6)酸洗：将炭化活化后的原料纤维依次经浓度为0.1mol/L的稀盐酸和自来水反复洗涤，即得中孔活性炭纤维。

所述醇溶性树脂为热固性酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂或脲醛树脂中的一种或几种以任意比组成的混合物。

所述醇溶性金属化合物为氢氧化钠、氢氧化钾、硝酸镍、硝酸铁、硝酸钴、硝酸银、氯化钠、氯化钾、氯化锌、醋酸钴或醋酸镍中的一种或几种以任意比组成的混合物。

所述原料纤维为不同基体的粘胶基、沥青基、聚酰亚胺基、聚丙烯腈基、酚醛基的氧化纤维或低温炭纤维毡中的任意一种。

与背景技术相比，本发明具有以下优点：

1)在高温含水环境中进行炭化活化，金属化合物中的金属离子对附近碳原子具有催化氧化刻蚀的作用，能促进附近碳原子的气化，促进孔的形成，进一步活化促进中孔的形成；

2)采用氧化纤维或低温炭纤维作为原料，因其纤维表面缺陷和多官能团，使得与热固性树脂结合更紧密、更牢靠；

3)采用醇溶性热固性树脂溶液与金属化合物溶液的混合溶液浸渍氧化纤维或低温炭纤维，能使金属化合物均匀、快速、牢靠地浸渍在纤维表面，形成薄薄的含金属化合物的热固性树脂层；

4)热固性树脂的加入，以及醇溶性树脂与醇溶性金属化合物的混溶于乙醇，实现了浸渍剂的均混和后期的均匀浸渍；

5)浸渍纤维经过800～900℃的炭化活化，在水蒸气活化与金属离子的催化氧化共同作用下形成中孔，制得中孔均匀的活性炭纤维；

6)热固性树脂与金属离子的浸渍使得纤维表面更易发生活化，适当降低了活化温度，从而降低了中孔活性炭纤维的生产成本。

综上所述，本发明具有低成本、孔分布均匀、工艺简单和易于产业化的优点。

具体实施方式

实施例1

本实施例中的一种中孔活性炭纤维的制备方法，其包括如下步骤：

1)配制浸渍剂：将热固性酚醛树脂与氢氧化钠溶于乙醇中，配制成浸渍剂，其中热固性酚醛树脂的用量为乙醇重量的0.1％，氢氧化钠的用量为乙醇的0.01mol/L；

2)浸渍：将粘胶基氧化纤维浸渍于步骤1)配制得浸渍剂中，在室温下浸渍10小时；

3)挤压、抽吸：将浸渍后的原料纤维通过挤压和抽吸，去除多余的浸渍剂，控制原料纤维上的担载率为0.1～10％；

4)固化：将挤压、抽吸后的粘胶基氧化纤维在100℃的温度下固化10小时；

5)炭化活化：将固化后的粘胶基氧化纤维置于惰性气氛中，在800℃的温度下通过水蒸气活化60分钟；

6)酸洗：将炭化活化后的粘胶基氧化纤维依次经浓度为0.1mol/L的稀盐酸和自来水反复洗涤，即得中孔活性炭纤维。

实施例2

本实施例中的一种中孔活性炭纤维的制备方法，其包括如下步骤：

1)配制浸渍剂：将热固性酚醛树脂与氢氧化钠溶于乙醇中，配制成浸渍剂，其中热固性酚醛树脂的用量为乙醇重量的10％，氢氧化钠的用量为乙醇的1.00mol/L；

2)浸渍：将粘胶基氧化纤维浸渍于步骤1)配制得浸渍剂中，在室温下浸渍0.1小时；

3)挤压、抽吸：将浸渍后的原料纤维通过挤压和抽吸，去除多余的浸渍剂，控制原料纤维上的担载率为0.1～10％；

4)固化：将挤压、抽吸后的粘胶基氧化纤维在200℃的温度下固化0.5小时；

5)炭化活化：将固化后的粘胶基氧化纤维置于惰性气氛中，在900℃的温度下通过水蒸气活化10分钟；

6)酸洗：将炭化活化后的粘胶基氧化纤维依次经浓度为0.1mol/L的稀盐酸和自来水反复洗涤，即得中孔活性炭纤维。

实施例3

本实施例中的一种中孔活性炭纤维的制备方法，其包括如下步骤：

1)配制浸渍剂：将热固性酚醛树脂与氢氧化钠溶于乙醇中，配制成浸渍剂，其中热固性酚醛树脂的用量为乙醇重量的5％，氢氧化钠的用量为乙醇的0.5mol/L；

2)浸渍：将粘胶基氧化纤维浸渍于步骤1)配制得浸渍剂中，在室温下浸渍5小时；

3)挤压、抽吸：将浸渍后的原料纤维通过挤压和抽吸，去除多余的浸渍剂，控制原料纤维上的担载率为0.1～10％；

4)固化：将挤压、抽吸后的粘胶基氧化纤维在150℃的温度下固化5小时；

5)炭化活化：将固化后的粘胶基氧化纤维置于惰性气氛中，在850℃的温度下通过水蒸气活化30分钟；

6)酸洗：将炭化活化后的粘胶基氧化纤维依次经浓度为0.1mol/L的稀盐酸和自来水反复洗涤，即得中孔活性炭纤维。

上述实施例中的热固性酚醛树脂还可以用热固性酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂或脲醛树脂中的一种或几种以任意比组成的混合物代替。

上述实施例中的氢氧化钠还可以用氢氧化钠、氢氧化钾、硝酸镍、硝酸铁、硝酸钴、硝酸银、氯化钠、氯化钾、氯化锌、醋酸钴或醋酸镍中的一种或几种以任意比组成的混合物代替。

上述实施例中的粘胶基氧化纤维还可以用粘胶基、沥青基、聚酰亚胺基、聚丙烯腈基、酚醛基的氧化纤维或低温炭纤维毡中的任意一种代替。

Claims (4)

1.一种中孔活性炭纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)配制浸渍剂：将醇溶性树脂与醇溶性金属化合物溶于乙醇中，配制成浸渍剂，其中醇溶性树脂的用量为乙醇重量的0.1～10％，醇溶性金属化合物的用量为乙醇的0.01～1.00mol/L；

2)浸渍：将原料纤维浸渍于步骤1)配制得浸渍剂中，在室温下浸渍0.1～10小时；

3)挤压、抽吸：将浸渍后的原料纤维通过挤压和抽吸，去除多余的浸渍剂，控制原料纤维上的担载率为0.1～10％；

4)固化：将挤压、抽吸后的原料纤维在100～200℃的温度下固化0.5～10小时；

5)炭化活化：将固化后的原料纤维置于惰性气氛中，在800～900℃的温度下通过水蒸气活化10～60分钟；

6)酸洗：将炭化活化后的原料纤维依次经浓度为0.1mol/L的稀盐酸和自来水反复洗涤，即得中孔活性炭纤维。

2.根据权利要求1所述的一种中孔活性炭纤维的制备方法，其特征在于：所述醇溶性树脂为热固性酚醛树脂、环氧树脂、呋喃树脂或脲醛树脂中的一种或几种以任意比组成的混合物。

3.根据权利要求1所述的一种中孔活性炭纤维的制备方法，其特征在于：所述醇溶性金属化合物为氢氧化钠、氢氧化钾、硝酸镍、硝酸铁、硝酸钴、硝酸银、氯化钠、氯化钾、氯化锌、醋酸钴或醋酸镍中的一种或几种以任意比组成的混合物。

4.根据权利要求1所述的一种中孔活性炭纤维的制备方法，其特征在于：所述原料纤维为不同基体的粘胶基、沥青基、聚酰亚胺基、聚丙烯腈基、酚醛基的氧化纤维或低温炭纤维毡中的任意一种。