CN105040164A - 一种以聚烯烃为基体制备活性碳纤维的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种以聚烯烃为基体制备活性碳纤维的方法。该方法是以聚烯烃为基体，代替现有的聚丙烯腈，首先进行低温预磺化处理形成表面耐热层，避免纤维粘连，有利于提高磺化温度，缩短磺化周期，然后进行高温磺化处理，最后高温碳化处理得到活性碳纤维。该方法利用聚烯烃自身的热解直接造孔，孔径可调节范围宽，适合于制备高中孔率的活性碳纤维，无需活化，工艺简单，可有效降低生产成本。
Description
技术领域
本发明属于碳纤维技术领域，具体涉及一种以聚烯烃为基体制备活性碳纤维的方法。
背景技术
活性碳纤维其实就是纤维状的活性炭，是继粉末活性炭和颗粒活性炭后的第三代高效活性吸附环保材料。活性炭在工程中应用会在吸附层中出现松动和沟槽，有时会出现吸附层过分密实，导致流体阻力增加从而影响正常操作。为了提高吸附效果人们尝试将粉状活性炭或细粒活性炭粘附在有机纤维上或灌入空心的有机纤维中，制成纤维状活性炭，但效果不理想，于是人们后来开始探索用有机纤维为原料制备活性炭。与以往的活性炭相比，活性碳纤维不仅吸附性能稳定，且比表面积大，吸附容量高，吸附脱附快，吸附性能也更好；可加工性强，可以加工成布、毡、纸等各种制品；强度高、粉尘少。因而得到人们广泛的关注和深入研究。
活性碳纤维可用于水处理、空气净化、有机溶剂、贵金属回收、制作电容器电极和医疗、化工等领域。与其他材料复合使用，既能保持高效的吸附性能，又可以增强材料的强度，制作的防护衣、防护口罩等，还具有静电防护功效，市场前景广阔。
最早关于活性碳纤维制备技术的报道是1962年美国人Abbott以粘胶纤维为原料，经碳化、活化制成活性碳纤维。同年，东丽公司制得聚丙烯腈基活性碳纤维。随后二十年间，酚醛基和沥青基活性碳纤维也相继问世。在全球，日本、美国、俄罗斯、英国特别日本是生产活性碳纤维的大国，我国对活性碳纤维的研究还处在起步阶段。
目前用于生产活性碳纤维的基体材料主要是聚丙烯腈，但聚合单体丙烯腈有较大的毒性，碳化过程中还会产生氰化氢、一氧化碳等剧毒气体，对环境和人体造成危险。常规的活性碳纤维制备工艺要经历热稳定化、碳化和活化这几道工序。活化是其中的关键致孔步骤，用酸(盐酸，硼酸等)、碱(氢氧化钠，氢氧化钾等)或一些碱金属盐浸渍预氧化或碳化纤维后，通入二氧化碳、水蒸气和氧气等氧化性气氛进行高温处理，在浸渍液的催化作用下氧化成孔。但由于氧化作用弱，孔径调节范围较小，多为2nm以下的微孔，微孔型吸附剂只适用于小分子的吸附，不能吸附蛋白质，病毒等大分子；聚丙烯腈基碳纤维自身的制造成本近年来一直居高不下，增加活化工序则进一步提高了活性碳纤维的生产成本。因此，有必要开发一种低成本、环保的大孔径活性碳纤维制备方法以推广活性碳纤维在吸附材料领域的应用。
用聚烯烃制备活性碳纤维是利用不同聚集态结构的磺化反应活性差异，使聚烯烃纤维内部在磺化过程中形成差异耐热性结构，耐热组分在碳化过程中高温成碳，不耐热组分则高温热解成小分子，以达到致孔的目的。聚烯烃纤维原料的配比与加工、磺化以及碳化过程等多个环节都可以对活性碳纤维的孔隙尺寸进行有效调节，孔隙率可控性强，孔径调节范围大。聚烯烃的聚合单体及热解产物主要为一些小分子烯烃以及烷烃，无毒、污染小。相比聚丙烯腈，聚烯烃原料价格低廉，热稳定化和碳化过程所需的热处理温度较低，可见，用聚烯烃制备活性碳纤维不仅可增大孔径，而且无需活化，工艺简单，生产成本低，也更环保节能。
但是用聚烯烃为基体制备活性碳纤维时，需要经历磺化热稳定与高温碳化两个过程最终转化为碳纤维：
(1)在磺化过程中，聚乙烯分子被磺酸基取代后，然后与邻近碳原子上的氢原子发生脱酸反应，生成共轭双键序列。
(2)在碳化过程中，发生Diels-Alder反应，继续脱酸环化成碳。
由于聚烯烃耐酸性强且熔点偏低，上述磺化过程存在低温磺化反应太慢(100℃以下通常要大于12h)，而高温磺化纤维容易粘连的问题。因此，为了促进利用聚烯烃制备活性碳纤维的产业化应用，急需探索一种能够有效缩短磺化周期的有效方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种以聚烯烃为基体制备活性碳纤维的方法，该方法是以聚烯烃为基体制备活性碳纤维，不仅能够大大缩短活性碳纤维的生产周期，还可以得到高中孔率的活性碳纤维。
本发明实现上述技术目的所采用的方案如下：
该方法包括以下步骤：
步骤(1)、制备聚烯烃原丝：
将100份重量份数的聚烯烃树脂A作为基体和1～10份重量份数的聚烯烃树脂B作为添加剂机械混合均匀后，喂入单螺杆挤出熔融纺丝机，以10～80ml/min的挤出速度，200～1000m/min的收丝速度，纺制初生纤维，然后经过热牵伸、热定型处理后得到聚烯烃原丝。
步骤(2)、聚烯烃原丝的低温预磺化处理
将步骤(1)得到的聚烯烃原丝置于低温浓硫酸中处理1～2h，得到预磺化聚烯烃纤维。
步骤(3)、聚烯烃原丝的高温磺化处理
将步骤(2)处理后的纤维转移至高温浓硫酸中处理1～3h，得到磺化聚烯烃纤维。
步骤(4)、磺化聚烯烃纤维的高温碳化处理
将步骤(3)处理后的磺化聚烯烃纤维放入碳化炉中，以10～80℃/min，加热至800～1000℃，高温下分子链间发生化学交联，促使共轭双键环化成碳，得到多孔的活性碳纤维。
步骤(1)中：
①首先，要求树脂A和树脂B有类似的分子结构，以保证良好的相容性，使它们能够均匀地相互分散；其次，作为基体组分要求树脂A有良好的可纺性；最后，要求树脂B相比树脂A更好的结晶性，在聚烯烃成型过程中形成内部结构的致密性差异，疏松非晶区被完全磺化后可以高温成碳，而致密的晶区难以被磺化，无法高温成碳，进而裂解成小分子气体，达到致孔的目的。
所述的聚烯烃树脂为聚乙烯或聚丙烯，是指低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯等。
作为优选，所述的聚烯烃树脂A为无规聚丙烯、低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯，熔融指数范围为5～25g/10min；
作为优选，所述的聚烯烃树脂B为等规聚丙烯、高密度聚乙烯或超高分子量聚乙烯，结晶度范围为40～70﹪，优选是50～70﹪；
更为优选，树脂A与树脂B优选组合为线性低密度聚乙烯与高密度聚乙烯，优选质量比为100:5～100:10；
②为了保证碳纤维的强度，需要对初生纤维进行牵伸以达到较高的取向度，而牵伸后的纤维容易产生应力集中，故又需要对其进行热定型处理，消除部分内应力，以避免在后续磺化过程中发生应力断裂。
所述的热牵伸的牵伸倍数为2～5倍，牵伸温度低于初生纤维熔点的20～50℃。
作为优选，所述的热牵伸的牵伸倍数为3～4倍，牵伸温度低于初生纤维熔点的30～40℃。
所述热定型的牵伸倍数为0.9～1倍，热定型温度低于牵伸纤维熔点的20～30℃。
作为优选，所述热定型的牵伸倍数为0.92～0.95倍，热定型温度低于牵伸纤维熔点的20～30℃。
③因为后续的磺化过程涉及磺化剂的扩散渗透，通常纤维直径越细，皮芯磺化度差异越小，得到的活性碳纤维的结构越均匀，所需的磺化时间也越短，但同时缩小纤维直径又提高了纺丝加工的难度，所以在保证加工性的前提下，可尽量缩小纤维直径。
所述的聚烯烃原丝的直径范围为0.01～0.05mm，优选0.01～0.02mm。
在步骤(2)中：
由于聚烯烃的熔融温度较低，在磺化过程中易粘结在一起，为了防止粘结，预先在其熔点20℃以下磺化1～2h，使聚烯烃原丝表面形成一层耐热保护层，然后进行高温磺化，正是因为采用该方法，大大提高了磺化效率，能够使磺化周期缩至2.5～5h，有效缩短了以聚烯烃为基体制备活性碳纤维的生产周期。
为了避免纤维表面被过度刻蚀，浓硫酸的浓度不宜过高，所述的浓硫酸的质量浓度范围为92～94﹪。
作为优选，所述的低温磺化温度低于聚烯烃原丝熔点20～40℃。
在步骤(3)中：
该步骤是根据成碳机理：首先在聚烯烃分子链上取代磺酸基，然后脱酸形成一系列的共轭双键，该共轭双键在高温下环化成碳。
作为优选，所述的浓硫酸的质量浓度范围为95～98﹪。
作为优选，所述的高温磺化温度高于聚烯烃原丝熔点5～10℃。
所述的磺化聚烯烃纤维的硫/碳原子比为0.04～0.05，质量增长率为120～150﹪。
由于纤维在高温磺化过程中易发生收缩，为了防止聚烯烃大分子链的松弛和解取向，优选在磺化过程中对聚烯烃原丝施加应力使其保持紧绷状态。
在步骤(4)中，为了确保共轭双键在碳化过程中充分环化成碳，升温速度不宜过快，本发明采用10～80℃/min的升温速度，以10～40℃/min为最佳，直到温度达到800～1000℃，得到的碳纤维的比表面积能够达到2000m2/g以上，中孔率达到78﹪以上。
为了维持纤维取向，保证纤维强度，优选在碳化过程中对磺化聚烯烃纤维施加应力使其保持紧绷状态，得到的活性碳纤维强度大于0.3GPa。
作为优选，利用流动的惰性保护气体防止高温氧化。
所述的多孔活性碳纤维的孔径为2～100nm，比表面积为2000m2/g以上，强度大于0.3GPa。
本发明所提供的以聚烯烃为基体制备活性碳纤维的方法具有如下有益效益：
1、选用聚烯烃为基体制备碳纤维，代替现有的聚丙烯腈，整个生产过程对环境的污染及人体的危险较少，得到的副产物可以用碱石灰进行吸收后用于合成石膏，因此是一种环保型的制备方法，可直接用于化工行业。
2、采用低温预磺化的方法形成表面耐热层，避免纤维粘连，有利于提高磺化温度，缩短磺化周期。
3、利用聚烯烃自身的热解直接造孔，孔径可调节范围宽，适合于制备高中孔率的活性碳纤维，无需活化，工艺简单，可有效降低生产成本。
附图说明
图1为实施例1～5聚烯烃基活性碳纤维的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1：
1)原材料准备阶段
将1000g线性低密度聚乙烯(数均分子量2.1×104，熔融指数10g/10min)和70g高密度聚乙烯(数均分子量4.5×104，结晶度56％)加入高速混合机中混合20分钟，然后采用双螺杆挤出机造粒，挤出机的温度共有九个区，温度分布设置为170、180、190、200、210、220、230、240、250℃，进料速度控制在10kg/h，待挤出物冷却后切成粒状待用。
2)原丝准备阶段
采用熔融纺丝机纺制初生纤维，共设4个温区，分别为230、240、250、250℃，挤出速度控制为15ml/min，收丝速度控制为400m/min。然后，90℃下热牵伸3倍，100℃下热定型2min(负牵伸0.95倍)后得到直径约为15um的原丝。
3)低温磺化阶段
将得到的聚乙烯原丝固定后置入80℃的质量浓度93％浓硫酸中处理60min。
4)高温碳化阶段
将经过步骤3处理后的聚乙烯纤维转移至120℃的质量浓度96％浓硫酸中处理90min，同时对其施加应力使其保持绷紧状态。取出并待纤维冷却后，用蒸馏水去除其中残余的浓硫酸，并放入普通烘箱中100℃烘干10min。
5)高温碳化阶段
将经过步骤4处理后的磺化纤维放入碳化炉中，同时对其施加应力使其保持绷紧状态，在氮气保护条件下，以20℃/min的恒定升温速度由室温升至900℃，得到多孔活性碳纤维，见图1(a)所示，该碳纤维的比表面积为2140m2/g，孔径为1～60nm，中孔率为75％，拉伸强度为0.32GPa。
上述方法制得的碳纤维比表面积大，中孔率高，可用于吸附蛋白质、糖类、病毒等大分子。
实施例2：
本实例中的步骤2、3、4、5与实施例1相同，所不同的是步骤1中将增高密度聚乙烯组分比例增加至100g。
调节组分比例后制得的活性碳纤维，见图1(b)所示，比表面积为1920m2/g，孔径为1～80nm，中孔率为78％，拉伸强度为0.28GPa。
实施例3：
与实施例1对比，本实例中的步骤1、2、5与实施例1相同，所不同的是在步骤3低温预磺化阶段，将反应时间延长至120min，步骤4高温磺化阶段，将反应时间缩短至60min。
上述方法制得的活性碳纤维为中空的活性碳纤维，见图1(c)所示，比表面积为890m2/g，孔径为1～50nm，中孔率为70％，拉伸强度为0.15GPa。
实施例4：
与实施例1对比，本实例中的步骤1、2、3、5与实施例1相同，所不同的是在步骤4高温磺化阶段，将磺化温度提高至150℃。
上述方法制得的碳纤维较为致密，见图1(d)所示，比表面积为190m2/g，孔径为1～2nm，拉伸强度为1.3GPa。
实施例5
本实例中的步骤1、2、3、4与实施例1相同，所不同的是步骤5中将碳化加热速度提高至50℃/min。
上述方法制得的活性碳纤维为中孔的活性碳纤维，见图1(e)所示，比表面积为1790m2/g，孔径为1～70nm，中孔率为76％，拉伸强度为0.29GPa。
实施例6：
1)原材料准备阶段
将1000g无规聚丙烯和100g等规聚丙烯加入高速混合机中混合20分钟，然后采用双螺杆挤出机造粒，挤出机的温度共有九个区，温度分布设置为170、180、190、200、210、220、230、240、250℃，进料速度控制在10kg/h，待挤出物冷却后切成粒状待用。
2)原丝准备阶段
采用熔融纺丝机纺制初生纤维，共设4个温区，分别为230、240、250、250℃，挤出速度控制为10ml/min，收丝速度控制为900m/min。然后，85℃下热牵伸2倍，95℃下热定型2min(负牵伸0.9倍)后得到直径约为10um的原丝。
3)低温磺化阶段
将得到的聚乙烯原丝固定后置入75℃的质量浓度93％浓硫酸中处理120min。
4)高温磺化阶段
将经过步骤3处理后的聚乙烯纤维转移至115℃的质量浓度97％浓硫酸中处理90min，同时对其施加应力使其保持绷紧状态。取出并待纤维冷却后，用蒸馏水去除其中残余的浓硫酸，并放入普通烘箱中100℃烘干10min。
5)高温碳化阶段
将经过步骤4处理后的磺化纤维放入碳化炉中，同时对其施加应力使其保持绷紧状态，在氮气保护条件下，以10℃/min的恒定升温速度由室温升至900℃，得到多孔活性碳纤维。该碳纤维的比表面积为2080m2/g，孔径为1～60nm，中孔率为78％，拉伸强度为0.25GPa。
实施例7：
1)原材料准备阶段
将1000g线性低密度聚乙烯和50g超高分子量聚乙烯加入高速混合机中混合20分钟，然后采用双螺杆挤出机造粒，挤出机的温度共有九个区，温度分布设置为170、180、190、200、210、220、230、240、250℃，进料速度控制在10kg/h，待挤出物冷却后切成粒状待用。
2)原丝准备阶段
采用熔融纺丝机纺制初生纤维，共设4个温区，分别为230、240、250、250℃，挤出速度控制为50ml/min，收丝速度控制为200m/min。然后，95℃下热牵伸4倍，105℃下热定型2min(负牵伸0.9倍)后得到直径约为40um的原丝。
3)低温磺化阶段
将得到的聚乙烯原丝固定后置入85℃的质量浓度94％浓硫酸中处理90min。
4)高温磺化阶段
将经过步骤3处理后的聚乙烯纤维转移至130℃的质量浓度98％浓硫酸中处理90min，同时对其施加应力使其保持绷紧状态。取出并待纤维冷却后，用蒸馏水去除其中残余的浓硫酸，并放入普通烘箱中100℃烘干10min。
15)高温碳化阶段
将经过步骤4处理后的磺化纤维放入碳化炉中，同时对其施加应力使其保持绷紧状态，在氮气保护条件下，以80℃/min的恒定升温速度由室温升至1000℃，得到多孔活性碳纤维。该碳纤维的比表面积为1780m2/g，孔径为1～90nm，中孔率为68％，拉伸强度为0.34GPa。
实施例8：
1)原材料准备阶段
将1000g低密度聚乙烯和80g高密度聚乙烯加入高速混合机中混合20分钟，然后采用双螺杆挤出机造粒，挤出机的温度共有九个区，温度分布设置为170、180、190、200、210、220、230、240、250℃，进料速度控制在10kg/h，待挤出物冷却后切成粒状待用。
2)原丝准备阶段
采用熔融纺丝机纺制初生纤维，共设4个温区，分别为230、240、250、250℃，挤出速度控制为80ml/min，收丝速度控制为300m/min。然后，82℃下热牵伸5倍，92℃下热定型2min(负牵伸0.92倍)后得到直径约为30um的原丝。
3)低温磺化阶段
将得到的聚乙烯原丝固定后置入72℃的质量浓度92％浓硫酸中处理90min。
4)高温磺化阶段
将经过步骤3处理后的聚乙烯纤维转移至112℃的质量浓度95％浓硫酸中处理90min，同时对其施加应力使其保持绷紧状态。取出并待纤维冷却后，用蒸馏水去除其中残余的浓硫酸，并放入普通烘箱中100℃烘干10min。
5)高温碳化阶段
将经过步骤4处理后的磺化纤维放入碳化炉中，同时对其施加应力使其保持绷紧状态，在氮气保护条件下，以40℃/min的恒定升温速度由室温升至800℃，得到多孔活性碳纤维。该碳纤维的比表面积为2250m2/g，孔径为1～70nm，中孔率为78％，拉伸强度为0.22GPa。
实施例9：
1)原材料准备阶段
将1000g线性低密度聚乙烯和50g高密度聚乙烯加入高速混合机中混合20分钟，然后采用双螺杆挤出机造粒，挤出机的温度共有九个区，温度分布设置为170、180、190、200、210、220、230、240、250℃，进料速度控制在10kg/h，待挤出物冷却后切成粒状待用。
2)原丝准备阶段
采用熔融纺丝机纺制初生纤维，共设4个温区，分别为230、240、250、250℃，挤出速度控制为20ml/min，收丝速度控制为1000m/min。然后，90℃下热牵伸4倍，100℃下热定型2min(负牵伸0.92倍)后得到直径约为30um的原丝。
3)低温磺化阶段
将得到的聚乙烯原丝固定后置入90℃的质量浓度92％浓硫酸中处理90min。
4)高温磺化阶段
将经过步骤3处理后的聚乙烯纤维转移至120℃的质量浓度97％浓硫酸中处理90min，同时对其施加应力使其保持绷紧状态。取出并待纤维冷却后，用蒸馏水去除其中残余的浓硫酸，并放入普通烘箱中100℃烘干10min。
5)高温碳化阶段
将经过步骤4处理后的磺化纤维放入碳化炉中，同时对其施加应力使其保持绷紧状态，在氮气保护条件下，以20℃/min的恒定升温速度由室温升至900℃，得到多孔活性碳纤维。该碳纤维的比表面积为2160m2/g，孔径为1～70nm，中孔率为75％，拉伸强度为0.26GPa。
实施例10：
1)原材料准备阶段
将1000g线性低密度聚乙烯和100g高密度聚乙烯加入高速混合机中混合20分钟，然后采用双螺杆挤出机造粒，挤出机的温度共有九个区，温度分布设置为170、180、190、200、210、220、230、240、250℃，进料速度控制在10kg/h，待挤出物冷却后切成粒状待用。
2)原丝准备阶段
采用熔融纺丝机纺制初生纤维，共设4个温区，分别为230、240、250、250℃，挤出速度控制为20ml/min，收丝速度控制为1000m/min。然后，90℃下热牵伸4倍，100℃下热定型2min(负牵伸0.92倍)后得到直径约为30um的原丝。
3)低温磺化阶段
将得到的聚乙烯原丝固定后置入90℃的质量浓度92％浓硫酸中处理90min。
4)高温磺化阶段
将经过步骤3处理后的聚乙烯纤维转移至120℃的质量浓度97％浓硫酸中处理90min，同时对其施加应力使其保持绷紧状态。取出并待纤维冷却后，用蒸馏水去除其中残余的浓硫酸，并放入普通烘箱中100℃烘干10min。
5)高温碳化阶段
将经过步骤4处理后的磺化纤维放入碳化炉中，同时对其施加应力使其保持绷紧状态，在氮气保护条件下，以20℃/min的恒定升温速度由室温升至900℃，得到多孔活性碳纤维。该碳纤维的比表面积为2070m2/g，孔径为1～80nm，中孔率为76％，拉伸强度为0.22GPa。(需要作调整)
实施例11：
1)原材料准备阶段
将1000g线性低密度聚乙烯和10g高密度聚乙烯加入高速混合机中混合20分钟，然后采用双螺杆挤出机造粒，挤出机的温度共有九个区，温度分布设置为170、180、190、200、210、220、230、240、250℃，进料速度控制在10kg/h，待挤出物冷却后切成粒状待用。
2)原丝准备阶段
采用熔融纺丝机纺制初生纤维，共设4个温区，分别为230、240、250、250℃，挤出速度控制为20ml/min，收丝速度控制为1000m/min。然后，90℃下热牵伸4倍，100℃下热定型2min(负牵伸0.92倍)后得到直径约为30um的原丝。
3)低温磺化阶段
将得到的聚乙烯原丝固定后置入90℃的质量浓度92％浓硫酸中处理90min。
4)高温磺化阶段
将经过步骤3处理后的聚乙烯纤维转移至120℃的质量浓度97％浓硫酸中处理90min，同时对其施加应力使其保持绷紧状态。取出并待纤维冷却后，用蒸馏水去除其中残余的浓硫酸，并放入普通烘箱中100℃烘干10min。
5)高温碳化阶段
将经过步骤4处理后的磺化纤维放入碳化炉中，同时对其施加应力使其保持绷紧状态，在氮气保护条件下，以20℃/min的恒定升温速度由室温升至900℃，得到多孔活性碳纤维。该碳纤维的比表面积为1960m2/g，孔径为1～50nm，中孔率为70％，拉伸强度为0.28GPa。
以上所述的实例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种以聚烯烃为基体制备活性碳纤维的方法，该活性碳纤维的孔径为2～100nm，比表面积为2000m2/g以上，强度大于0.3Gpa，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤(1)、制备聚烯烃原丝：
将100份重量份数的聚烯烃树脂A作为基体和1～10份重量份数的聚烯烃树脂B作为添加剂机械混合均匀后，喂入螺杆挤出熔融纺丝机，以10～80ml/min的挤出速度，200～1000m/min的收丝速度，纺制初生纤维，然后经过热牵伸、热定型处理后得到聚烯烃原丝；
所述的聚烯烃树脂A和树脂B为聚乙烯或聚丙烯；
步骤(2)、聚烯烃原丝的低温预磺化处理：
将步骤(1)得到的聚烯烃原丝置于低温浓硫酸中处理1～2h，得到预磺化聚烯烃纤维；
步骤(3)、聚烯烃原丝的高温磺化处理：
将步骤(2)处理后的纤维转移至高温浓硫酸中处理1～3h，得到磺化聚烯烃纤维；
步骤(4)、磺化聚烯烃纤维的高温碳化处理：
将步骤(3)处理后的磺化聚烯烃纤维放入碳化炉中，以10～80℃/min，加热至800～1000℃，高温下分子链间发生化学交联，促使共轭双键环化成碳，得到多孔的活性碳纤维。
2.如权利要求1所述的一种以聚烯烃为基体制备活性碳纤维的方法，其特征在于步骤(1)中所述的聚烯烃树脂A为无规聚丙烯、低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯，熔融指数范围为5～25g/10min；所述的聚烯烃树脂B为等规聚丙烯、高密度聚乙烯或超高分子量聚乙烯，结晶度范围为40～70﹪。
3.如权利要求2所述的一种以聚烯烃为基体制备活性碳纤维的方法，其特征在于步骤(1)中所述的聚烯烃树脂B为等规聚丙烯、高密度聚乙烯或超高分子量聚乙烯，结晶度范围为50～70﹪。
4.如权利要求2所述的一种以聚烯烃为基体制备活性碳纤维的方法，其特征在于步骤(1)中聚烯烃树脂A与聚烯烃树脂B分别为线性低密度聚乙烯与高密度聚乙烯，质量比为100:5～100:10。
5.如权利要求1所述的一种以聚烯烃为基体制备活性碳纤维的方法，其特征在于步骤(1)中所述的热牵伸的牵伸倍数为2～5倍，牵伸温度低于初生纤维熔点的20～50℃；所述热定型的牵伸倍数为0.9～1倍，热定型温度低于牵伸纤维熔点的20～30℃；所述的聚烯烃原丝的直径范围为0.01～0.05mm。
6.如权利要求5所述的一种以聚烯烃为基体制备活性碳纤维的方法，其特征在于步骤(1)中所述的热牵伸的牵伸倍数为3～4倍，牵伸温度低于初生纤维熔点的30～40℃；所述热定型的牵伸倍数为0.92～0.95倍，热定型温度低于牵伸纤维熔点的20～30℃；所述的聚烯烃原丝的直径范围为0.01～0.02mm。
7.如权利要求1所述的一种以聚烯烃为基体制备活性碳纤维的方法，其特征在于在步骤(2)中所述的低温磺化温度低于聚烯烃原丝熔点20～40℃，低温磺化时间为1～2h，浓硫酸的质量浓度范围为92～94﹪；在步骤(3)中所述的高温磺化温度高于聚烯烃原丝熔点5～10℃，高温磺化时间为1～3h，浓硫酸的质量浓度范围为95～98﹪。
8.如权利要求1所述的一种以聚烯烃为基体制备活性碳纤维的方法，其特征在于在步骤(3)和(4)磺化和碳化的过程中需对所述的聚烯烃纤维施加应力使其保持绷紧状态。
9.如权利要求1所述的一种以聚烯烃为基体制备活性碳纤维的方法，其特征在于在步骤(4)中升温速度为10～40℃/min，直到温度达到800～1000℃。
10.如权利要求1所述的一种以聚烯烃为基体制备活性碳纤维的方法，其特征在于在步骤(4)中利用流动的惰性保护气体防止高温氧化。
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