活性炭纤维.ppt

1、,活性碳纤维,Contents,活性碳纤维的发展过程,活性碳纤维的结构和功能,活性碳纤维在工业吸附的应用,发展前景,活性碳纤维的定义,活性碳纤维（ACF），亦称纤维状活性炭，是性能优于活性炭的高效活性吸附材料和环保工程材料。其超过50%的碳原子位于内外表面，构筑成独特的吸附结构，被称为表面性固体。 它是由纤维状前驱体，经一定的程序炭化活化而成。较发达的比表面积和较窄的孔径分布使得它具有较快的吸附脱附速度和较大的吸附容量，且由于它可方便地加工为毡、布、纸等不同的形状，并具有耐酸碱耐腐蚀特性，使得其一问世就得到人们广泛的关注和深入的研究。目前已在环境保护、催化、医药、军工等领域得到广泛应用。 自1

2、962年美国专利首次涉及随后美国ORNL使用活性碳纤维过滤放射性碘辐射以来，不同前驱体有机纤维及其活性炭纤维的研究和应用得到快速发展。美国、英国、前苏联、特别是日本，是研究和使用ACF的大国，年产量近千吨。国内的ACF研究起始于80年代末期，到90年代后期陆续出现工业化装置。大多处于实验室研究阶段。,definition,development,阶段一,阶段二,在活性碳的发展历史中，从最初的粉状活性炭到后来的各种形状的颗粒活性碳，使活性碳的应用更广泛，更便捷，再生更容易。但是，活性碳在吸附能力、吸附速度仍有许多不足之处，另外，在工程中传统的活性炭在吸附层中出现松动和沟槽，有时出现吸附层过分密实

3、，导致流体阻力增大，从而影响正常操作,在20世纪60年代初期，人们开始探索用有机纤维为原料制备活性炭纤维，在高性能碳纤维研究的基础上，这种新型的碳吸附材料得以问世。它与传统的活性碳相比，具有独特的微孔结构，并兼具有纤维的各种特性，给工程应用和工艺设备的优化创造了条件。活性碳纤维的优异性能和广泛的应用前景，促使活性碳纤维的研究、开发和应用取得了飞速的发展。,properties,其它性能,吸附特性,电性能,氧化还原性能,活性碳纤维是一种典型的微孔炭，被认为是“超微粒子、表面不规则的构造以及极狭小空间的组合”，直径为10 - 30 um。孔隙直接开口于纤维的表面，超微粒子以各种方式结合在一起，形成

4、丰富的纳米空间，形成的这些空间的大小与超微粒子处于同一个数量级，从而造就了较大的比表面积。其含有的许多不规则结构杂环结构或含有表面官能团的微结构，具有极大的表面能，也造就了微孔相对孔壁分子共同作用形成强大的分子场，提供了一个吸附态分子物理和化学变化的高压体系。使得吸附质到达吸附位的扩散路径比活性炭短、驱动力大且孔径分布集中，这是造成活性碳纤维比粒状活碳比表面积大、吸脱附速率快、 吸附效率高的主要原因。另外，活性碳纤维表面含有一系列活性官能团，主要是含氧官能团，如经基、碳基、梭基等。有的活性碳纤维还含有胺基、亚胺基以及磺酸基等官能团。所以，活性炭纤维还具有独特的吸附选择特性。,chemicals

5、tructure,全部由Micropore组成-如图所示，拥有一定的比例及多量的微孔，所以吸附速度快，每单位重量的吸附量大。,Dielectricproperties,活性碳纤维同碳纤维一样具有优良的导电性能。在蓄氢电池中，作为二次电极。在双层电容器中也得到了应用。,蓄氢电池,双层电容器,oxidation-reduction,ThemeGallery is a Design Digital Content 对水中含高铁、高锰等无机物净化效果明显;对氰、氯、氟、酚等有机化合物去除率达90 %以上,对细菌有极好的过滤效果,如大肠杆菌去除率达98 %。有人用ACF 进行了排除地下水中氯化物和饮用水

6、源地下水中三氯甲烷前驱物的研究。,a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,ThemeGallery is a Design Digital Content & Contents mall developed by Guild Design Inc.,溶剂回收,ACF 吸附容量大而且脱附速度快,可在回收活性溶剂方面得到应用。这是因为其吸、脱附速度快,周期短,在吸附过程中很少发生分解或聚合。而且脱附温度低,容易脱附而且彻底,残留在吸附床中的被吸附物质少,减少了结焦或积炭的概率。因此用ACF 回收

7、有机溶剂的质量要比用活性炭高,而解吸操作简单省时。如在回收质量分数为 2 000 106 的含酮混合溶AC剂中,回收率达98 %在回收丙酮、二氯乙烯、三氯乙烯的应用中,回收率均高于97 %。,用作氧化还原剂,氧化还原功能是ACF 的基本特征之一。曾汉民等对此开展了大量的研究工作,取得了一系列重要成果。ACF可以作还原剂,也可成为氧化剂。与普通还原剂不同,ACF 对不同的氧化金属离子具有不同的氧化还原容量。与弱氧化性的金属离子反应后的ACF 还可进一步与强氧化性离子进行氧化还原反应。由于ACF 对Au3 + 、Ag+ 、Pd4 + 等贵金属离子具有较好的氧化还原吸附性能,能够将高价态金属离子还原

8、成低价态,以至单质金属,而且所得单质金属呈纳米状态负载于ACF 上。因此在贵金属的回收、分离及其再利用等领域得到广泛应用。,其他应用,ACF 还可用于制作防化用品,用于人造肾脏、肝脏的吸附剂及生物固定酶,用于制造高性能的电容和电池的电极,还可以用于水果蔬菜保鲜。,发展前景,由于碳纤维内较小的扩散阻力，与传统的粒状吸附剂相比，活性炭纤维具有较快的吸附动力学。因此，应用活性碳纤维可以使吸附设备小型化井可以有效地回收有价值的组分。在活性碳纤维床中，控制动态吸附行为的机理是床中流体的轴向扩散，通过使用纤维床中轴向扩散的关联式，可以估价纤维床的穿透曲线。 活性碳纤维的其它诱人特性是其具有较单一的孔结构且其表面性质较容易被理解。与活性碳相似，活性碳纤维用作吸附和催化反应似乎是可行的。 若以建立纤维吸附剂的应用为目的，仍有许多难题有待研究，其中包括用过的纤维吸附剂以较小的成本再生及再生方法的建