活性炭纤维的制备和性能.

1、第24卷第9期高分子材料科学与工程Vo l.24,No.9 2008 年 9 月POLYMER MATERIALS SCIENCE AND ENGINEERINGSept.2008活性炭纤维的制备和性能李全明1,2，张万喜1(1吉林大学材料科学与工程学院,吉林长春130025;2.吉林大学军需科技学院，吉林长春130062摘要:文中利用自行研发的实验装置制备出性能优良的聚丙烯腈基活性炭纤维 ： 并用吸碘值和吸苯量对其性能进行测试，经测试,所制得的活性炭纤维比表面积达到 1856 34m 2/g对碘和苯的吸附能力分别为1678 23mg/g、68.49%孔径和孔容分别为 0 725nm、0 58

2、mL/g。关键词：活性炭纤维；制备;性能中图分类号:T Q 342.742文献标识码:A文章编号:1000 7555(200809 0151 03收稿日期:2007 03 09修订日期:2007 06 19联系人:张万喜，主要从事纳米材料、高分子材料的研究，E mail:活性炭(AC是一种重要的高效吸附物质，但其颗粒或粉末在振动下易产生装填 松动或过分紧密，操作时易形成沟槽或沉降等，因此研究开发纤维状的活性炭纤维 (ACF就显得十分必要1,2。ACF同AC相比具有纤维直径细、比表面积大、微孔 结构发达、孔径小且分布窄、吸附容量大、吸脱速度快及再生容易

3、等特点。对各种有机和无机气体以及水溶液中的有机物和贵重金属离子等具有较大的吸附量和较快 的吸附速度，净化效率高，尤其是聚丙烯腈基活性炭纤维中含有氮，对硫系和氮系化合物具有特殊的吸附能力3,4。笔者利用自己 开发的炭化活化装置制备出了聚丙烯腈基活性炭纤维。1实验部分1.1实验原料本实验是以吉林法奥工业用呢有限公司英国Courtaulds公司提供的聚丙烯腈预氧丝(OPANF为原料。其理化性能见Tab.1。首先将聚丙烯腈预氧丝利用针刺法制 毡,然后经炭化活化制得活性炭纤维。Tab.1 Physical and chemical properties of experime ntal m ateria

4、lsNam eTen si lestre ngth (M PaTen sile modulus (GPaEl on gati on at break (%De nsity (g/cm 3Fi nen ess ( mRate of carb on content (%Rate of water content (%Ki n ding poi nt ( OPANF2501.01.514161.3691065682001.2实验装置实验装置如Fig.1所示。1.3实验工艺流程实验工艺流程见Fig.2。1.4测试方法1.4.1苯静态吸附：保干器法测量产品的静态饱和吸苯量。1.4.2碘吸附测试5:在一定

5、质量的试样中加入定量碘液，充分振荡使之吸附，离 心分离，取上层清液，然后用硫代硫酸钠测定碘的剩余浓度，求出每克试样吸附碘的毫 克数。试样的碘吸附值A (mg/g为：A =5(10C 1-C 2V 2 127/m式中:C 1!碘标准溶液的浓度，mol/L;C 2!硫代硫酸钠标准溶液的浓度，mol/L;V 2!硫代硫酸钠标准溶液的用量，mL;m !试样质量,g。1.4.3孔结构的表征：用美国麦克公司产AS AP2000型自动吸附仪，以N 2为吸附 质，采用容量法,在77K时进行吸附。由测得的吸附等温线采用 BET法计算比表面 积6,7，由 DFT（密度函数理论法表征孔径分布8,9RkJcqaipi

6、ntE of outainiErthfl ml ninthvI ryWTKtcf p 2 b tubular rcvaum rdmurii &； hurudilrTi 7*I mg Tow OPANF Mcderaie Length OftANF *也 Carfj 也 _* Swond (Mdiftfi Fcrttiftg Web * FItiTi(训feb Need re 叶上 Above Wecdlt Prick Bekiw Hiebltrnpcraluv Stenctypt * OPANF Produel -T1 中再讪朗PAN-aCF ProductCa(bofii2JtLLHi*rF

7、o2结果与讨论2.1碘吸附值与活化参数的关系根据正交实验的方法找出实验的最佳工艺，在最佳工艺条件下探讨了各因素对 实验的影响。2.1.1碘吸附值与活化温度的关系：在其它因素不变的情况下，只改变活化温度, 观察活化温度对碘吸附能力的影响，如Fig.34： high-temperature box reheating fumAcc; 5； resl.ong Tow OPANF Moderate Length OPA:omiing Web Fleeting Web 一* High -Temperature Stereotype tPAN-ACF ProductCarbonization x Acti

8、vationFig. 2 Pirparstioi所示。Fig.3 Relationship b etween iodine adsorption value andactivated temperatu re由Fig.3可以看出，随着活化温度的升高，碘吸附值迅速增加，但增大到一定程度 后又有所下降。这是因为随活化温度的升高，活性炭纤维的比表面积逐渐增大，使活 性炭纤维的吸附能力增强，但增大到一定程度后，碘吸附值又有所下降，这是因为温度 过高使得反应过于剧烈，使已形成的微孔遭到破坏，导致吸附能力下降。因此在实际 操作中要合理控制活化温度。2.1.2碘吸附值与活化时间的关系：在其它因素不变的 情况

9、下，只改变活化时间，观察活化时间对碘吸附能力的影响。如Fig.4所示。由Fig.4可知，在相同的条件下，活化时间越长，活性炭纤维吸附能力越好。对碘 的吸附最初比较迅速，然后缓慢增加,达到一定程度后又有所下降。这是因为：随着活化时间的延长，活化剂与碳原子不断地进行化学反应，而产生的各种副产物又不断的 逸出，在纤维表面残留下空洞，在活化前期由于开孔作用，新孔形成比152咼分子材料科学与工程2008年较快，所以吸附能力迅速增加。到了活化后期，随着活化时间的延长，反应逐渐向 纵深发展，孔越来越深,越来越大，孔洞由微孔逐渐扩充到中孔或大孔。但由于碘分子 属于小分子，只有微孔对其起作用，所以吸附能力提高缓

10、慢。因此Rrialbwhip brmm xidiBrwbJht andBTthaled tiflH0丄一哼丄.l-l-=d = TP-!:中一一匕 一MkUm itifanrptiM wild md cdlirtftnr m hwlim要根据需要合理控制活化时间的长短。2.1.3碘吸附值与活化剂的关系：在其它因素不变的情况下，只改变活化剂质量分数，观察活化剂质量分数对碘吸附能力的影 响，如Fig.5所示从Fig.5可以看出，随着活化剂质量分数的增加，碘吸附值增大，但增大到一定程 度后，碘吸附值又会有所减少。这是因为随着活化剂质量分数的增加，反应速度迅速 增加，活性炭纤维的比表面积迅速增加，从而

11、吸附能力也迅速增加。2.2对苯的吸附利用最佳工艺制得的活性炭纤维与粘胶基活性炭纤维对苯的吸附能力进行了测试,结果如Tab.2所示。Tab.2 Benzene adsorpti on value of ACFTest nu mberPAN ACF V ACF 169.5845.23268.3953.26368.0248.67467.9847.36average value68.4948.63从以上实验数据可以看出，试验制得的聚丙烯腈基活性炭纤维对苯的吸附能力 远远高于粘胶基活性炭纤维对苯的吸附能力。3结论(1实验制得的活性炭纤维的碘吸附值为 1678 23mg /g苯吸附值为68.49%，比表面

12、积为1856 34m 2/g孔容为0 58ml/g,平均孔径为0 725nm。 (2在其它条件不变的 情况下，只改变活化温度，活性炭纤维对碘的吸附逐渐增大，增大到极大值后又有所下 降,适宜的温度在850 1150之间。(3在其它条件不变的情况下，只改变活化时间,活 性炭纤维对碘的吸附逐渐增大，增大到极大值后又有所下降，所以时间最好控制在 45min65m in之间。(4在其它条件不变的情况下，只改变活化剂质量分数，活性炭纤 维对碘的吸附逐渐增大，增大到极大值后又有所下降，根据实验最好控制在7%11% 之间。参考文献:1 QUKI S K,NEUFELD R D.J.C hem.T echnol

13、.Bio.Technol.,1997,70(1:3 8.2 KL IM ENKO N A,KOGAN OVSKIJ. A.M.Kbim.Technol.Vody,1997,19(2:165 181.3 STOECKI H F,FRAGNIERS M .Carbon,1988,26(6:903 916.4贺福.炭纤维及其应用技术.化学工业出版社,2004,9:160 170.5GB/T12496.7-90煤质颗粒活性炭碘吸附值测定方法 (GB/T12496.7-90!Test M ethod of Iodi ne Adsorption Value of Coal Pellet Activated

14、 Carbo n.6 KANEKO K.Solid State Physics,1992,27(6:1 3.7 CHERN J M ,HUANG S N.Ind.Eng Chem.Res.,1998,37(1:253 257.8 杨全红，郑经堂,李开喜,等离子交换与吸附,1998,14(5:397 404.YANG Q H ,ZHENG J T,LI K X,et alon Excha nge an dAdsorptio n,1998,14(5:397 404.9 李国希，刘洪波黄桂芳.炭素,1997,(3:23 26.LI G X,LIU H B,HUANG G F.Carbo n,1997

15、,(3:23 26.(下转第 158 页。to be continued on p.158第9期李全明等：活性炭纤维的制备和性能158高分子材料科学与工程 2008年Effect of Ozone Oxidatio n on S tructure and Properties ofSuper Light EVA/LDPE Foam MaterialLUO Wen zhou,ZHU Yan,ZU O Hua wei,FAN Pi ng,LIU Pe ng bo,XU Wen(Sate K ey L aboratory o f Polymer M aterials Engin eer in g,P

16、oly merResearch I n stitute o f Sichuan Un iversity,Che ngdu610065,Chi naABSTRAC T:A super lig ht ethyle ne vi nyl acetate copolymer(EVA/low den sity polyethyle ne(LDPE foam material w as prepared successfully.Some ox yge n containing polar groups w ere in troduced in to the m acromolecular cha ins

17、of LDPE through ozone oxidati on. The effect of ozone oxidati on time and LDPE content on structure and properties of EVA/LDPE foam w as ex plored through FT IR,DSC, DMA,SEM and mecha ni cal testi ng.The compatibility betw een LDPE treated w ith Ozone and EVA is thus remarkably in creased,which is b

18、en efit in im prov ing comprehe nsive properties of EVA/LDPE foam material.The ex perime ntal results show that LDPE treated w ith Ozone can decrease the foam den sity of EVA/LDPE foam material efficie ntly.Keywords:EVA;LDPE;super lig ht foam;ozone ox idation;com patibility(上接第 153 页。continued from p.153Preparatio n and Capability of Activated Fibe