一種活性碳纖維的改性方法
【專利摘要】一種活性碳纖維的改性方法，屬于材料生產(chǎn)【技術(shù)領域】，特別是活性碳材料的改性技術(shù)。先將活性碳纖維在常壓下沸水中煮制后取出后，再用去離子水洗凈并放入70℃恒溫干燥后取出；再將預處理過的活性碳纖維置于800W、150V的微波輻射處理。本發(fā)明操作簡便，條件易控，易于工業(yè)化，且與化學改性相比，經(jīng)濟、無污染。制備的改性的活性碳纖維與原活性碳纖維相比，比表面積、低壓吸附量、比孔容更大，吸附能力更強，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不破壞活性碳纖維自身的結(jié)構(gòu)。
【專利說明】一種活性碳纖維的改性方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明屬于材料生產(chǎn)【技術(shù)領域】，特別是活性碳材料的改性技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]活性碳纖維(activated carbon fiber, ACF),也稱作纖維狀活性碳,是一種性能優(yōu)于粉末活性碳和顆?；钚蕴嫉母咝Щ钚晕讲牧虾铜h(huán)保工程材料，其具有微孔多、比表面積大的結(jié)構(gòu)特點，它有超過50%的碳原子位于內(nèi)外表面并構(gòu)筑成了獨特的吸附結(jié)構(gòu)，通常被稱為表面性固體?；钚蕴祭w維是以聚丙烯基、粘膠基纖維、浙青基纖維為原料，經(jīng)高溫碳化活化工藝處理而制成的新型的吸附材料，較窄的孔徑分布和較發(fā)達的比表面積使得它具有較快的吸附、脫附速度和較大的吸附容量，并且由于它可方便地加工為布、氈、紙等不同的形狀，有耐腐蝕耐酸堿等特性，使得其一問世就得到了社會的廣泛關注和深入的研究，目前碳纖維已在許多領域得到了廣泛的應用，如環(huán)境保護、催化、醫(yī)藥、軍工等。
[0003]隨著當今環(huán)境污染的日益突出和人類環(huán)境意識的不斷提高，治理三廢污染和保護生存環(huán)境己經(jīng)列入了各政府部門的議事日程。活性碳纖維能高效的去除氣體或溶液中的有害物質(zhì)，是廣泛應用于飲水和空氣的凈化、溶劑的回收、廢水的處理、催化劑的制造以及個體防護等尖端科技領域的高科技材料。近年來碳纖維在溶劑回收及水處理中得到了廣泛的應用，因其廣大的發(fā)展前景而被人們譽為二十一世紀里最為先進的環(huán)保材料之一。
[0004]活性碳纖維的表面化學結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)是影響其吸附能力的重要因素，可通過物理改性和化學改性等手段改變其表面化學結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)，以進一步提高其吸附性能，但硝酸、氫氧化鈉等化學改性會對活性碳纖維造成二次污染。因此，研究經(jīng)濟、無污染的活性碳纖維改性方法具有重要的意義，討論碳纖維改性前后的結(jié)構(gòu)特征，可以拓展活性碳纖維的應用領域，更好的利用其吸附性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提出一種可增強吸附能力且不破壞活性碳纖維自身結(jié)構(gòu)的活性碳纖維的改性方法。
[0006]本發(fā)明包括以下步驟:
1)預處理:將活性碳纖維在常壓下沸水中煮制后取出后，再用去離子水洗凈并放入70°C恒溫干燥后取出；
2)微波處理:將預處理過的活性碳纖維置于800W、150V的微波輻射處理。
[0007]本發(fā)明以活性碳纖維為原料，通過微波輻射改性，得到改性的活性碳纖維。改性后的材料的特征:比表面積1031 m2/g,低壓吸附量331 cm3/g，比孔容0.5120 cm3/g，微孔含量100%。改性后的活性碳纖維吸附速度快，吸附容量大，是能廣泛應用于廢水處理的新型材料，可以用于吸附水中對鄰苯二甲酸二丁酯，改性后的碳纖維對其的吸附能力與改性前相比提高了約25%。本方法適用于活性碳纖維氈、布的改性，以聚丙烯基、粘膠基、浙青基纖維為原料制成的活性碳纖維的改性。[0008]本發(fā)明操作簡便，條件易控，易于工業(yè)化，且與化學改性相比，經(jīng)濟、無污染。制備的改性的活性碳纖維與原活性碳纖維相比，比表面積、低壓吸附量、比孔容更大，吸附能力更強，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不破壞活性碳纖維自身的結(jié)構(gòu)。
[0009]另外，為了徹底除去活性碳纖維內(nèi)的雜質(zhì)，本發(fā)明煮制的時間為15min。
[0010]為了使活性碳纖維充分干燥，無液體殘留在纖維上，本發(fā)明恒溫干燥3h。
[0011]微波輻射處理lmin，目的是讓碳纖維得到充分改性，不至于時間過短使改性效果不明顯，也不至于時間過長使碳纖維過熱而灼燒。
[0012]所述活性碳纖維的纖維直徑為10?20 μ m。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為改性前活性碳纖維的形貌掃描電鏡圖，放大倍數(shù):1X100。
[0014]圖2為改性后活性碳纖維的形貌掃描電鏡圖，放大倍數(shù):1X100。
[0015]圖3為改性前活性碳纖維的形貌掃描電鏡圖，放大倍數(shù):1X500。
[0016]圖4為改性后活性碳纖維的形貌掃描電鏡圖，放大倍數(shù):1X500。
[0017]圖5為60ml、0.8g/L鄰苯二甲酸二丁酯經(jīng)改性前后的活性碳纖維吸附后，鄰苯二甲酸二丁酯溶液的紫外-可見光譜圖。
【具體實施方式】
[0018]一、改性工藝:
將直徑為10?20 μ m的活性碳纖維放入沸水中煮沸15min，取出后用去離子水洗凈并放入70°C恒溫干燥箱，干燥3h后取出。
[0019]將上述預處理過的活性碳纖維作為原料，置于微波化學反應器中，調(diào)制微波反應器的參數(shù)為:800W，150V，微波輻射改性Imin后取出，得到改性的活性碳纖維。
[0020]二、性能測驗:
1、對改性前后的活性碳纖維進行形貌掃描電鏡試驗，得到不同放大倍數(shù)的圖1、2、3、4。從圖1、3可見活性碳纖維改性后，纖維發(fā)生了部分斷裂，由圖2、4可見改性前后的活性碳纖維自身的結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生破壞。
[0021 ] 2、配制0.8g/L鄰苯二甲酸二丁酯的溶液，在60ml、0.8g/L鄰苯二甲酸二丁酯溶液中分別加入活性碳纖維原料和改性過的活性碳纖維各0.15g，將上述裝有溶液的錐形瓶放入搖床中(轉(zhuǎn)速:160r/min)，12h后取出，測量吸附后溶液的紫外吸光度，通過吸附前后溶液的濃度對比分析可得，改性過的碳纖維的吸附能力較未改性的原料提高了 25%。
[0022]圖5分別是60ml、0.8g/L鄰苯二甲酸二丁酯經(jīng)改性前后的活性碳纖維吸附后，鄰苯二甲酸二丁酯溶液的紫外-可見光譜圖，其中，曲線a為改性前，曲線b為改性后。從圖5中可以看出:取在最大吸收波長276nm處，b曲線的吸光度明顯小于a曲線的吸光度，說明改性過的活性碳纖維的吸附能力更強。
[0023]3、使用多用吸附儀測量改性前后活性碳纖維的比表面積等參數(shù)，見表1，比表面積從893 m2/g增加到1031 m2/g，低壓吸附量從306 cm3/g增大到331 cm3/g，比孔容從0.4730cm3/g增大到0.5120 cm3/g,改性后的碳纖維與原樣相比微孔含量也有明顯的增加，從97%增加到100%ο
【權(quán)利要求】
1.一種活性碳纖維的改性方法，其特征在于包括以下步驟: 1)預處理:將活性碳纖維在常壓下沸水中煮制后取出后，再用去離子水洗凈并放入70°C恒溫干燥后取出； 2)微波處理:將預處理過的活性碳纖維置于800WU50V的微波輻射處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述活性碳纖維的改性方法，其特征在于煮制的時間為15min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述活性碳纖維的改性方法，其特征在于恒溫干燥3h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述活性碳纖維的改性方法，其特征在于微波輻射處理lmin。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述活性碳纖維的改性方法，其特征在于所述活性碳纖維的纖維直徑為10?20 μ m。
【文檔編號】B01J20/20GK103623778SQ201310638908
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】刁國旺, 黃建祥, 張旺, 狄健 申請人:揚州大學