活性炭纖維

出自 MBA智库百科(https://wiki.mbalib.com/)

活性炭纖維(Activated Carbon Fiber,ACF)

　　活性炭纖維亦稱纖維狀活性炭，是指性能優於活性炭的一種多孔性纖維吸附材料和環保工程材料。

　　根據原料纖維種類的不同，ACF可分為黏膠基活性炭纖維(VACF)、聚丙烯腈基活性炭纖維(PAN-ACF)、瀝青基活性炭纖維(FACF)、酚醛基活性炭纖維(PACF)、聚乙烯醇基活性炭纖維、天然纖維基活性炭纖維(如劍麻基活性炭纖維)和木質素基活性炭纖維(焦木素)等主要類型。日本是ACF第一生產大國，美國、俄羅斯等國家的活性炭纖維工業也有相當大的規模，我國的活性炭纖維工業起步較晚，生產規範還十分有限。

　　1.結構特征

　　ACF是多孔性的吸附材料，含有豐富的微孔， 微孔的體積占總孔體積的90％以上，微孔直徑小(約2nm左右)：其孔徑分佈窄．特殊的細孔呈單分散分佈， 由不同尺寸的微細孔隙組成其結構。在ACF中無大孔．只有少量的過濾孔，在ACF絲束間的空間起大孔作用，對氣相和液相的物質具有較好的吸附作用。其比錶面積大(約lO00m²／g-3OOOm²／g)，微孔直接開口於纖維錶面，因而吸附容量大、吸附效率高、吸附、脫附速度快．為粒狀活性炭的10-100倍。隨著比錶面積增大，細孔的平均直徑隨之增大，細孔容量增加，在細孔內發生吸附後充填細孔內。其比錶面積增大吸附容量也增大，為粒狀活性炭的1．5～1O倍，可吸附處理低濃度廢氣或具有高活性的物質。

　　2.錶面化學結構

　　ACF錶面原子呈不飽合結構，具有獨特的錶面化學性能，微品在燃燒溫度低時易與氧化介質反應成氧化物，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。其錶面酸性與吸附平衡有密切的關係。

　　(1)水的處理方面的應用

　　①飲用水的凈化

　　在自來水廠，為除去水中細菌等，需在水中加入有效氯，但氯與水中有機物反應可能生成氯化物和因氯氣而發生異味，所以在家庭自來水管出口處人們常使用活性碳凈水器，而現在這種凈水器已逐步被ACF凈水器取代。用ACF取代不僅具有不易產生黑色粉末、壓力損失小、水流速度快等特點，還可以用銀離子進行處理或者利用它的導電性製成殺菌性ACF。

　　② 工業廢水的處理

　　隨著工業化生產的發展和城市人口的增加，水污染越來越嚴重。其中的有毒物和有害物己對生態環境造成威脅，ACF對水溶液中的有機染料、磷化物、苯酚、碘以及無機污染物等具有較強的吸附能力。

　　(2)空氣凈化

　　空氣中主要污染源是二氧化硫和氮的氧化物及硫化氫和有機揮發物組分等，空氣中的臭氧對人體的危害性極大，一般允許濃度為0．1×10 ^{− 6}g.mL ^{− 1}。但在實際空氣中的濃度為80~100g.mL ^{− 1}時，長期接觸易於引發肺炎，使肺的彈性功能組織變為無彈性而失去作用的病變組織。含氮瀝青ACF在100％ 的高溫下進行熱處理後，二氧化硫的穩定態含量只有10％，硫酸從ACF錶面的脫除也十分容易：用PAN基ACF可有效地捕捉空氣中的硫化氫，在吸附錶面上以三氧化硫或硫酸的形式吸附。各種廢水發出的臭氣可用ACF去除。ACF具有分解臭氧的能力，可用於辦公設備的臭氧脫除，在複印機中配置著吸臭氧的吸附分解部件，利用ACF的低密度和對臭氧吸附分解；ACF並對3,4-苯並芘有特殊的吸附能力，對煙鹼的吸附率高可用於室內的空氣凈化。如用於空氣凈化器等；在工業中可開發用於有害有毒氣體的吸附．ACF可用於活性炭氈替代防毒面具和防毒消防頭盔，可提高過濾效率，使其體積小和輕量化。

　　(3)溶劑回收

　　ACF吸脫附速度快、吸附容量大、脫附溫度低、所含金屬離子少，可有效地將工業加工生產的低沸點化合物、脂肪族化合物、及某些危害人體健康的有機溶劑、毒劑、腐蝕性溶劑等脫除並回收，既減少了環境污染和對人身的危害．又可使溶劑得到回收再利用。

　　(4)貴金屬回收

　　ACF對無機廢水中的金屬離子也有較好的吸附效果，可吸附金、銀、鉑、汞、鎘等許多重金屬離子，並將其還原回收處理。氧化一還原功能，是ACF的基本特征之一。曾漢民等利用ACF的氧化還原功能，認為其對Au^{3 +} 、Ag ⁺ 、Pd^{4 +} 等貴金屬離子有較好的氧還吸附性能，它能吸附大量高電位的離子，並將其還原為單質金屬或低氧化態離子，而且所得金屬呈納米狀態負載於ACF上，從而將貴金屬回收、分離和再利用。

　　(5)醫學領域

　　Rayon-ACF的無毒性使其在醫學領域得到了廣泛的應用。由於ACF具有化學穩定性、熱穩定性及輻射穩定性，因而使用各種消毒方法進行消毒時，其不會發生任何變化。ACF對人體中外源性毒素的吸附十分有效，在血液過濾、內服解毒及外傷包扎與治療方面都有重要用途。

　　(6)電子工業領域

　　利用ACF的比錶面積大、孔徑適中和導電特點，可用於製造電池產品的部件；可用於生產高效小型電容器，特別是雙層電容器，容量是普通鋁電解電容器的100萬倍；可用於IC、LSI及超LSI的小型存貯永久性電源，避免因停電等事故而給電腦帶來的不可估量的損失：還可開發用於大電流放電的雙層電子電容器；在電子和能源方面可用於製造高性能的電容、電池的電極等。

　　(7)催化劑或催化劑載體材料

　　ACF出色的耐熱性，耐酸鹼性使之可以作為催化劑的有效成分。ACF可直接用作催化劑。ACF還可用來製備載體催化劑。ACF具有良好的導熱性能，摻入催化劑中，能有效地提高催化劑的傳熱能力，對於放熱劇烈的反應尤為有利。用ACF製作的負載型催化劑．可用於化工反應體系、冶金、選礦的廢氣治理及汽車尾氣治理等。