納米活性炭

活性炭纖維(AcF)是以有機纖維為前驅體通 過不同途徑而製得的一種新型功能性纖維，做為繼 粉狀活性炭和粒狀活性炭之後的第三代產品的新型 功能吸附材料具有成型性好，耐酸、鹼，電導性與化 學穩定性好等特點。其不僅比表面積大、孔徑適中、 分布均勻及吸附速度快，而且具有不同的形態。活性 炭纖維在催化、吸附方面具有獨特的性能特徵，其本身所具有的特性與孔結構、孔分布、微孔表面積以及 表面化學等使之具有極大的開發價值。

基本介紹

• 中文名：活性炭纖維
• 外文名：AcF
• 主要性能：吸附
• 結構：微孔型
• 套用：化學工業、環境 保護

簡介

目前，納米ACF已廣泛套用在化學工業、環境 保護、輻射防護、電子工業、醫用、食品衛生等方面，而且越來越受到人們的關注，其套用前景相當廣闊。

主要性能

ACF是一種表面納米粒子，具有不規則的結構 與納米空間混合的體系。其纖維直徑細，與被吸附物的接觸面積大，且可以均勻接觸與吸附，使吸附材料 得以充分利用。效率高，且具有纖維、氈、布和紙等各種纖細的表態，孔隙直接開口在纖維表面，其吸附質到達吸附位的擴散路徑短，且本身的外表面積較內表面積高出兩個數量級。

結構

ACF具有微孔形結構，微孔半徑在 2nm以下，其孔徑分布窄，特殊的細孔呈單分散分布，由不同尺寸的微細孔隙組成其結構，並且中孔、小孔擴散呈現出多分散型分布，在各細孔結構中的差別較大，其主要原因在於原料的不同。在 ACF中無大孔，只有少量的過渡孔，微孔分布在纖維表面，其吸附速率快，ACF絲束的空間起大孔作用，對氣相與液相物質具有較好的吸附作用，其外比表面積大，吸脫速度快，為粒徑活性炭10～100倍。隨著比表面積增大，細孔的平均孔徑隨之增大，細孔容積增加，在細孔內發生吸附後充填細孔內。其比表面積增大吸附容量大，為粒狀活性炭的10倍，可吸附處理低濃度廢氣或具有高活性的物質。

ACF的體積密度小，濾阻小、可吸附粘度較大的液態物質，且動力損耗小。

表面化學結構

ACF固體表面原子呈不飽和結構，具有獨特的表面化學性能，微晶在燃燒溫度低時易與氧化介質發生反應生成氧化產物，主要有羧基、酚基、醌基等含氧基團，及含硫基、氮元素、鹵素等官能團。其表面酸性與吸附平衡有密切的關係。

按照國際純粹與套用化學聯合會(IUPAC)的分類標準，吸附劑的細孔分為三類：孔徑大於50nm

的為大孔，2nm～50nm的為中孔，0．8nm～2nm的為微孔以及小於0．8nm的為亞微孔。ACF的孔主要是亂層結構炭和石墨微晶形成的微孔。微孔的大量存在使ACF的表面積增大，同時也使其吸附量提高。吸附劑中的大孔是作為被吸附分子到達吸附位的通道，它控制著吸附速度；ACF其纖維直徑一般在 10nm～13nm、外表面積大、微孔豐富且分布窄、易於與吸附質接觸、擴散阻力小，所以其吸脫附速度快，有利於吸附分離。而且，可以根據需要製成氈、布、紙等各種形態，適應於多種用途。ACF是由CF活化而成。CF為多晶亂層石墨結構，轉化成ACF後，結構基元不變化。ACF是非均勻性的多相結構。

由於高溫水蒸氣將部分原子脫去後形成微孔結構使之生成羧基、羰基等含氧活性基團，使其表面的酸性增加。比表面積約為1 200㎡/g，遠大於AC，在苛刻條件下活化時可達3 000㎡/g。ACF為分布狹窄單一孔徑的微孔結構，其孔可以產生毛細管的凝聚作用。

由於具有微孔，其吸附、脫附速率遠大於兩個數量級，吸附量大。在填充床中流體的床層阻力小．可作為催化劑與催化劑載體使用在ACF分子內的痕量雜原子為磷、氮、氯等。在活化時，部分雜原子被脫去後，表面的雜質大大減少。由於活化中氧化氣體的作用，表面含氧基團增強，主要有酸性基團，如羧基等。中性基完備如羰基、內酯基等。鹼性基團有過氧化基等。ACF會因活化的方法不同，而生成不同表面含氧基與表面酸鹼性不同的產物。在水的作用下．其氧化還原能力更強。由於水的存在可以使一些基 團氧化成羥基。由此在表面含氧基團數目增加後．表面氧化還原容量增大。

實際套用

近年來，隨著人類環保意識的不斷加強，對於生 存的環境，特別是對空氣、水等淨化密切相關的活性 炭等環保材料的性能要求越來越高，粒狀或粉狀活 性炭已能很好滿足使用要求。傳統的活性炭是一種 粒狀或粉狀的炭材，自20世紀初實現工業化生產以 來，在分離及淨化水及其它液體的除臭、淨化等方面 得到廣泛套用。粒狀或粉狀的結構，它的吸附速度較 慢，分離效率不高，特別是它的物理形態在套用時有 許多不便，限制了套用範圍。ACF孔徑小且分布窄， 吸附速度快，吸附量大，容易再生。與粉狀(5nm～ 30nm)活性炭相比，ACF在使用過程中產生的微粉 塵少，可製成紗、線、織物、氈等多種形態的製品，使 用時更加靈活方便。 ACF被認為是 21世紀最優秀的環保材料之 一， 在氣體和液體淨化、有害氣體及液體吸附處理、 溶劑回收、功能電極材料等方面已得到成功套用。