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
2、 725nm 、 0 58mL/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、
3、吸附容量大、吸脱速度快及再生容易等特点。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
4、of experimental m aterialsNam eTensi lestrength (M PaTensile modulus (GPaElongation at break (%Density (g/cm 3Fi neness ( mRate of carbon content (%Rate of water content (%Ki n ding point ( 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
5、静态饱和吸苯量。1.4.2 碘吸附测试 5: 在一定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
6、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8,9。2 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.3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
7、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
8、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 高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慢。因此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
9、 ,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 adsorption value of ACFTest numberPAN 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
10、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 ,
11、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.Bio.Technol.,1997,70(1:3 8.2 KL IM ENKO N A,KOGAN OVSKIJ. A.M.Kbim.Technol.Vody,1997,19(2:165181.3 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
12、/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 Iodine Adsorption Value of Coal Pellet Activated Carbon.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 al
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14、UO Wen zhou,ZHU Yan,ZU O Hua wei,FAN Ping,LIU Peng bo,XU Wen(Sate K ey L aboratory o f Polymer M aterials Engineer ing,Poly merResearch I nstitute o f Sichuan University,Chengdu610065,ChinaABSTRAC T:A super lig ht ethylene vinyl acetate copolymer(EVA/low density polyethylene(LDPE foam material w as
15、prepared successfully.Some ox ygen containing polar groups w ere introduced into the m acromolecular chains of LDPE through ozone oxidation.The effect of ozone oxidation time and LDPE content on structure and properties of EVA/LDPE foam w as ex plored through FT IR,DSC, DMA,SEM and mechanical testin
16、g.The compatibility betw een LDPE treated w ith Ozone and EVA is thus remarkably increased,which is benefit in im prov ing comprehensive properties of EVA/LDPE foam material.The ex perimental results show that LDPE treated w ith Ozone can decrease the foam density of EVA/LDPE foam material efficient
17、ly.Keywords:EVA;LDPE;super lig ht foam;ozone ox idation;com patibility(上接第 153 页。 continued from p.153Preparation and Capability of Activated FiberLI Quan ming1,2,ZHANG Wan xi1(1.Dep ar tment of M ater ials Science and Engineering,Jilin University,Changchun130025, China;2.College of Quarter master T
18、echnology,J ilin Univer sity,Changchun130062,ChinaABSTRAC T:We prepared high quality PAN AF using the ex periment device developed by ourselves. T hrough test,w e got some data of ACF,the specific surface area of activated fiber felt is1856.34m2/ g,the adsorption numerical values of iodine and benzene are1678 23mg/g、 68.49%,the hole dimen sion is0.58mL/g and the averag e aperture is0 725nm.Keywords:activated fiber;preparation;capability
