纳米活性炭纤维

纳米活性炭纤维

随着人口的増长和城市化的加速，有机物的污染越来越严重。都市生活污水量的不断増加，使有机污染物增加，而且工业废水中排放的有机物的总量上升。化工、冶金、炼焦、轻工等行业是有机污染的主要来源。这些行业排出的有机物不仅数量多，而且有有害和有毒的物质，对环境造成极大危害。

活性炭纤维（ACF)以它优异的吸附、脱附性能已在有机废水处理中广泛应用。如有机化工中含氯仿废水、制药厂高浓度废水、页岩油干馏废水、农药废水、炼油厂废水、多氯联苯、甲苯废水、苯齡废水、有机染料废水、己内酰胺废水等。

理化性能

ACF最显著的特点是具有很大的比表面积和丰富的微孔，徼孔的体积占总孔体积的90%以上，微孔直径小且直接开口于纤维表面，因而具有吸附容量大、吸附效率高、吸附和脱附速度快等优点，ACF表面也含有大量的有机基团，具有强的氧化还原反应能力。

纳米活性炭纤维比表面积和吸附容量大。微孔的孔径分布范围窄，再生性能大大优于颗粒状活性炭。活性炭纤维中以微孔为主，孔径小，对低浓度物质的吸附性能尤为突出，颗粒状活性炭在甲苯浓度低于0.01%时已基本失去吸附能力，而活性炭纤维在甲苯浓度低于0.001%时仍有良好的吸附效果。

工艺技术

操作过程

生产活性炭纤维（ACF)用的有机原纤维有：纤维素系、酚醛系、聚丙烯腈系、沥青系、聚乙焼醇系、苯乙焼源烃共聚系和木质系等，工业上所使用的主要是前4种原料。

在制造ACF之前，有机原纤维一般要经过低温200~400°C在空气中进行几十分钟乃至几小时的不熔化处理，随后进行（炭化）活化处理，也可以炭化和活化同时进行。活化方法主要包括物理活化、化学活化。用C02为活化介质，在惰性气体如氮气的保护下，处理温度一般在600~1000°C。具体的处理过程根据原材料和实际要求的不同而有所差异。

ACF的制造工艺过程，因原料和产品性能不同而异，但通常都要经过预处理、炭化和活化三个阶段。

预处理的目的，随原料纤维不同而异。对聚丙烯腈纤维和沥青纤维而言，为使原料纤维不熔化，即在炭化过程中不熔融变形，继续保持纤维形状，可采取预氧化稳定处理，使聚丙烯腈和沥青分子形高聚物而提高其热稳定性。而黏胶纤维预处理的目的患是高原料纤维的热氧稳定性、控制活化反应特性，以达到改善活性炭纤维的结构、性能并提高产品的得率。为此，采用无机盐溶液浸渍的方法；常用的浸渍剂为磷系或氯系化合物溶液，如磷酸、偏磷酸、焦磷酸及氯化锌等。酚酵树脂系纤维因不存在软化点，无需作不熔化处理，即可炭化和活化。

原料纤维经预处理和炭化后挪的炭纤進，難的存在形式有两种，即石墨微晶结构和无定形的炭交链结构。其中无定形炭和石墨微晶中存在的结构缺陷具有较强的活化碰性，在活化过程中首結活化剂反应生成微孔。这些孔隙也成了活化剂向纤维结构内部扩散的通道。它们在进一步活化时，继续反应形成较大的孔。在炭化纤维与活化剂反应过程中，除了上述造孔、扩孔作用外，还存在开孔作用，即炭化纤维原本存在的封闭的孔隙结构，由于活化反应而成为开启孔。生产ACF用的有机原纤维有：纤维素系、酚醛系、聚丙烯腈系、沥青系、聚乙烯醇系、苯乙烯循烃共聚系和木质系等，工业上所使用的主要是前4种。

根据原料纤维种类，ACF的制备工艺及条件等有所不同，但从原理上讲其原料纤维的合成与化学纤维类似，而纺丝后需对纤维进行预处理、最化、活化等。

预处理有两种方式，即盐浸渍预处理和预氧化处理。前者是黏胶基ACF生产中的重要工序后者主要是为防止聚丙烯腈纤维、沥青纤维的炭化对发生熔化及黏结。

盐浸溃是将原料纤维充分浸渍反应（如磷酸、碳酸盐、硫酸盐等）溶液中，然后甩干或滴干及干燥。预氧化处理则多采用空气预氧化的方法，温度控制在200~400°C之间，原料纤维缓慢预氧化一定时间，或者按一定升温程序进行预氧化。若将盐浸渍与预氧化处理结合起来，则往往可获得更好的效果。ACF是由CF活化制成。纤维状的活性炭纤维可以由四种方法生产。

①由烃或一氧化碳在高温下进行裂解。在石墨或陶瓷板下生成结晶质的胡须状炭。

②高温高压下石墨电极间在电作用下生成石墨晶须。

③高能炭黑在非氧化气氛中，经高温处理后生成黑化单晶。

④在保持高分子纤维形状的前提下将其炭化。这是生产ACF的最重要的方法。生产的基材可以是以聚丙烯腈为主要原料，在生产ACF之前，应先将有机原纤维在300°C下进行稳定化处理。

ACF不用单独碳化，其碳化与表面功能化可同时进行。在碳含量增加的同时进行活化，可以用氯化锌、磷酸、氢氧化钾等活化剂进行碳化处理，物理活化是用二氧化碳或水为活化介质，在惰性气体氮气的保护下于800°C的温度下进行处理，化学活化是用氯化锌、氨氧化钾、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐等浸渍或混入原料碳中，在惰性气体保护下加热并同时进行碳化与活化。

可以调节工艺过程中的操作条件，控制ACF内部的孔结构与孔径分布。主要方法有：

①活化法，可选用不同的活化工艺或改变活化程度以达到生成纳米级的分子筛碳纤维至纳米级的通用ACF。采用活化法可获得以微孔为主的ACF。

②崔化活化法，此法可使ACF形成中孔，并在原纤维中添加金属化物或其他物质，再进行碳化活化。也可采用ACF添加金属化合物后再进行活化的方法。在活化时，金属离子或其他物质对结晶性比较高的炭起选择气化作用，催化活化法是生成中孔的最好途径。为使

ACF具有大孔，最好使原料纤维预先只有接近大孔的孔径。

③蒸镀法，在加热条件下使ACF与含烃气体如甲烷等接触。由于烃类发生热解，产生的炭在细孔壁上蒸镀，使细孔的孔径变小，可进一步提高吸附的选择性。

④热收缩法，可将ACF进行处理以调整其孔隙结构，使其孔径变小和增大比表面积。在吸附剂微孔大小为吸附质分子临界尺寸的两倍，吸附质易于被吸附，这时吸附质分子能有效地接受微孔表面叠加的吸附立场，从而充分发挥微孔的作用，可调整孔径以使ACF细孔与吸附质的分子尺寸相当，由此获得最佳的吸附效果。

臭氧处理对碳纤维是最有效的，经臭氧化处理的碳纤维与水体系接触角减小到零，达到了最大程度的润湿。

碳纤维的表面物理性态是影响复合材料性能的重要因素，表面氧化处理在増加表面官能团等化学效应的同时，在碳纤维表面还由于氧化作用形成了沟槽，增强了CFRC中碳纤维与基体的物理稳固作用。

表面改性

在ACF表面存在着一定量的亲水性含氧基团，基团极大的影响吸附性能，可通过处理改变ACF的表面亲水性，与疏水性。

ACF在经900°C的高温处理或氢处理后可脱除含氧基团使之还原，其亲水基减少，可提高对含水气流或水溶液吸附能力。反之，也可经过气相氧化和液相氧化的方法获得高酸性表面，气相氧化法是在330°C左右的温度下，用空气进行氧化在ACF表面导入含氧基团；液相氧化是用双氧水等氧化剂，在酸性条件下与ACF进行反应，随着酸浓度的増高，在ACF 的表面酸性増加，对酸性有机物吸附性能降低，从而改善对水的吸附力。

在使ACF与氯气反应时可使基表面由非极性转化为极性，提高对极性分子的吸附能力。通过浸渍法或混炼法，在有机物前驱体纤维中添加重金属离子后，由于配价吸附作用可改善对硫化氢等恶臭物质的吸附，在ACF中引入酸性基团或碱性基团后可改善对香烟臭的吸附等。在ACF表面上添加银离子后，对大肠杆菌、黄色葡萄状球菌等具有极好的杀菌作用。

载银工艺是在用硝酸银溶液浸渍时采用加热工艺，使银充分浸入炭体内，减少银液损失。加热载银牢固、均匀、寿命长和灭菌效果好，可用于水的净化处理等。

ACF在经表面处理后，生成新的含氧基团，各种不同的基团使之具有酸性、碱性、氧化性、还原性、亲水性、疏水性等不同的性能。作为催化剂用的ACF的前体表面处理是一个相当重要的环节，通常可以用氧化法如气相氧化、液相氧化、电极氧化等，也可以用等离子体处理。

硼酸活化法制备活性炭纤维的工艺是：采取硼酸作为碳化活化剂浸泡纤维素纤维原料，取出干燥后，置于加热炉中碳化活化一定时间，得到活性炭纤维。其操作方便，产品得率高，生产成本低，杂质含量低。

活性碳纤维是近年来迅速发展起来的一种新型高效吸附材料，活性碳纤维是在制得碳纤维后，经过活化以获得大的比表面积，并生成一定数量的表面含氧官能团。在活化阶段，使用高温水蒸气和C02等气体对纤维进行刻蚀，其结晶缺陷或无定形部分生成大量孔隙；活化剂在高聚物的晶棱上发生氧化反应，又使其具有一系列的含氧官能团，从而赋予了活性碳纤维优异的吸附特性。

活性碳纤维的特性

活性碳纤维的特性 1) 吸附量大 活性碳纤维对有机气体及恶臭物质（如正丁基硫醇等）的吸附量比粒状活性炭（ GAC ）大几倍至十几倍。对无机气体也有较好的吸附能力。对水溶液中的无机物、染料、有机物及贵金属的吸附量比 GAC 高 5 — 6 倍。对微生物及细菌也有很好的吸附能力（如对大肠杆菌的吸附率可达 94 — 99% ）。对低浓度吸附质的吸附能力特别优良。如对于吸附质的浓度在几 ppm 级时仍可保持很好的吸附量，而 GAC 等吸附材料往往在几十ppm浓度时才有良好的吸附能力。 2) 吸附速度快 对于从气相中吸附气态污染物的吸附速度非常快，对液体的吸附也可很快达到吸附平衡，其吸附速率比 GAC 高数十倍至数百倍。 3) 再生容易，脱附速度快 在多次吸附和脱附过程中，仍能保持原有的吸附性能。如用 120-150 ℃蒸汽或热空气再生处理 ACF 10-30 分钟即可达到完全脱附。 4) 耐热性好 在惰性气体中可耐高温 1000 ℃以上，在空气中的着火点高达 500 ℃以上。 5) 耐酸、耐碱，具有较好的导电性能和化学稳定性。 6) 灰份少。 7) 成型性好，易加工成毡、丝、布、纸等形态。 活性碳纤维的介绍 一般传统上所使用的活性炭可分为粉末状活性炭（AC）和颗粒状活性炭(GAC)，上世纪六十年美、日、俄等国家相继研发出第三种形态的活性炭称为活性碳纤维（ Activated Carbon Fibers, /ACF ）。国内在七十年代末八十年初, 也研发出活性碳纤维。因为活性炭纤维其表面遍布微孔，以及可经二次加工，成为不同形态的毡及布状的材料，与传统的颗粒炭相比，具有较快的吸附、脱附的速度和更便利的操作维护等优点 活性碳纤维（以下简称ACF）的诞生在整个环保产业是一场革命。ACF是以粘胶基纤维为原料，经高温碳化、活化后制成的纤维状新型吸附材料，与社会上公认的比较好的吸附材料颗粒状活性炭相比，ACF具有以下显著的的特点：（一）、比表面积大，有效吸附量高。由于同样重量的纤维的表面积是颗粒的近

活性炭纤维

活性炭纤维是一种新型、高效、多功能吸附材料，产品为黑色、毡状织物，具有比表面积大，孔径分布窄，在液相、气相中对有机物和阴、阳离子吸附效率高，吸、脱附速度快，可再生循环使用，同时耐酸、碱，耐高温，适应性强，且可加工成任何形状，该产品在防止环境污染、食品加工、医疗卫生、劳动保护及国防等领域，具有广泛的应用前景，如饮用水净化、工业污水处理、空气净化、脱臭、防毒、液体脱色、溶剂回收等。 二.活性炭纤维毡（布）系列主要指标: 比表面积（m2/g）：700-1500 碘吸附（mg/g）：700-1500 苯吸附（%）：25-50 亚甲蓝脱色（mg/g）：100-200 其它数据 原料：聚丙稀晴基，粘胶基，复合型 规格： 长度：0.5-30m 宽度：0.6-1.2m 厚度：1-5mm 包装：10KG/纸箱 体积：1200mm 活性炭纤维毡(ACF FELT) 活性炭纤维毡采用天然纤维或人造纤维无纺毡经炭化、活化等系列工艺制成。性能：极大的比表面积：900-220m2/g，吸附容量大。微孔直径：5-100A。，吸附速度快，是颗粒活性碳的10-100倍。脱附方便，且脱附以后活性炭纤维吸附能力基本不变。良好的导电性，耐酸、碱，成型性好。用途：溶剂回收，空气净化，水净化防毒、防化，医用，除味，除臭，耐高温及保温电极材料。 粘胶基活性炭纤维毡是以粘胶纤维毡为原料制得的活性炭纤维，用途①溶剂回收：对苯类、酮类、酯类、石油类均能吸附回收； ②空气净化：能吸附过滤空气中的恶臭、体臭、烟气、毒气、O3、SO2等。 ③水净化：能去除水中的重金属离子、致癌物质、臭味、霉味、细菌及脱色等；可用于自来水、食品工业用水及工业用纯水等处理；

碳纳米管

碳纳米管简介 潘春旭 ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 武汉大学 物理科学与技术学院 地址：430072湖北省 武汉市 武昌区 珞珈山 电话：027-8768-2093(H)；8721-4880(O) 传真：027-8765-4569 E-Mail: cxpan@https://www.docsj.com/doc/379455409.html,；cxpan@https://www.docsj.com/doc/379455409.html, 个人网页：https://www.docsj.com/doc/379455409.html,/cxpan ＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝ 1. 什么是碳纳米管？ 1991年日本NEC公司的饭岛纯雄(Sumio Iijima)首次利用电子显微镜观察到中空的碳纤维，直径一般在几纳米到几十个纳米之间，长度为数微米，甚至毫米，称为“碳纳米管”。理论分析和实验观察认为它是一种由六角网状的石墨烯片卷成的具有螺旋周期管状结构。正是由于饭岛的发现才真正引发了碳纳米管研究的热潮和近十年来碳纳米管科学和技术的飞速发展。 按照石墨烯片的层数，可分为： 1) 单壁碳纳米管（Single-walled nanotubes, SWNTs）：由一层石墨烯片组成。单壁管典型的直 径和长度分别为0.75～3nm和1～50μm。又称富勒管(Fullerenes tubes)。 2) 多壁碳纳米管（Multi-walled nanotubes, MWNTs）：含有多层石墨烯片。形状象个同轴电缆。 其层数从2～50不等，层间距为0.34±0.01nm，与石墨层间距(0.34nm)相当。多壁管的典 型直径和长度分别为2～30nm和0.1～50μm。 多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。与多壁管相 比，单壁管是由单层圆柱型石墨层构成， 其直径大小的分布范围小，缺陷少，具有 更高的均匀一致性。无论是多壁管还是单 壁管都具有很高的长径比，一般为100～ 1000，最高可达1000～10000，完全可以 认为是一维分子图1 碳纳米管原子排列结构示意图 2. 碳纳米管的独特性质 1) 力学性能 碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa,是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级。它是最强的纤维，在强度与重量之比方面，这种纤维是最理想的。如果用碳纳米管做成绳索，是迄今唯一可从月球挂到地球表面而不会被自身重量拉折的绳索，如果用它做成地球——月球载人电梯，人们来往月球和地球献方便了。用这种轻而柔软、结实的材料做防弹背心那就更加理想了。 除此以外，它的高弹性和弯曲刚性估计可以由超过兆兆帕的杨氏模量的热振幅测量证实。对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800GPa；对于多层壁，理论计算太复杂，难于给出一确定的值。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。

活性炭纤维研究与应用进展_程祥珍

第21卷　第2期V ol 121　N o 12 材　料　科　学　与　工　程　学　报Journal of Materials Science &Engineering 总第82期Apr.2003 文章编号:10042793X (2003)022******* 收稿日期:2002208211;修订日期:2002210223 作者简介:程祥珍(1977-),女,国防科技大学航天与材料工程学院博士生,现从事高性能S iC 纤维研究. 活性炭纤维研究与应用进展 程祥珍,肖加余,谢征芳,宋永才 (国防科技大学航天与材料工程学院CFC 重点实验室,湖南长沙　410073) 【摘　要】　活性炭纤维(ACF )是由有机纤维先驱体制得的一种理想的高效吸附材料。ACF 以其特殊的表面 化学结构和物理吸附特性广泛应用于环境保护、电子工业、化工、医疗卫生、低成本S iC 纤维制备等领域。本文就ACF 的结构与吸附特性、制备与应用等做了较系统的综述,并对其发展趋势做出了展望。 【关键词】　活性炭纤维;制备;结构;吸附特性;应用中图分类号:T Q342+174 文献标识码:A R esearch and Application Progress of Activated C arbon Fiber CHENG Xiang 2zhen ,XIAO Jia 2yu ,XIE Zheng 2fang ,SONG Yong 2cai (College of Aerosp ace &Materials E ngineering ,N ational U niversity of Defense T echnology ,Ch angsh a 410073,China) 【Abstract 】　As high effective ideal ads orbents ,activated carbon fibers (ACF )are prepared from the precurs ors of s ome organic fibers.Due to the special sur face structure and ads orption properties ,ACF are widely used in the fields such as environmental protection ,electronic industry ,medical treatment ,chemical engineering ,and low 2cost S iC fiber.The microstructures ,ads orption properties ,preparation methods ,and applications of activated carbon fibers are briefly reviewed.Meanwhile ,the next research objective is prospected. 【K ey w ords 】　activated carbon fiber ;preparation ;structure ;ads orption properties ;application 1　前　言 活性炭纤维(Activated Carbon Fiber ,ACF )作为一种理想的高效吸附材料,是在碳纤维技术和活性炭技术相结合的基础上发展起来的,是继粉状和粒状活性炭(G ranular Activated Carbon ,G AC )之后的第三代活性炭产品[1～4] ,并以 其特殊的表面化学结构和物理吸附特性广泛应用于环保、电子、医用卫生、化工等领域。 1962年,美国专利首次涉及到ACF 技术,Abbott 以粘胶 纤维为原料,进行炭化和活化等处理后成功地制成了ACF ;同年,日本进藤以特种聚丙烯腈为原料,制得PAN 基ACF ; 1972年,Arons 和Macnair 以酚醛为原料制得ACF ;1975年, 东洋纺织公司制成高性能粘胶基ACF 和再生ACF ;1983年,日本炭素公司和尤尼吉卡公司开发生产沥青基ACF ; 1977年,商品粘胶(纤维素)基ACF 问世,其后聚丙烯腈 (PAN )基、酚醛基、沥青基相继实现工业化生产;日本、美 国、俄罗斯、英国,特别日本是研究和使用ACF 的大国,年产量近千吨[4,5]。 20世纪80年代,我国上海纺织科学研究院、中国纺织 大学、中山大学和中国科学院山西煤炭化学研究所、复旦大 学、天津工业大学、天津大学、吉林工学院等单位也开展了 ACF 的研究工作。90年代以来,我国在ACF 的研究和生产 方面也取得了很大进步,ACF 的生产能力已达数百吨[4～6]。如1995年鞍山东亚碳纤维有限公司建成年产45吨的沥青基Carboflex ACF 生产线[5]。此外,秦皇岛紫川炭纤维有限公司是国内生产粘胶基ACF 及其制品的规模较大的专业化企业之一。 2　ACF 的制备 作为ACF 先驱体的有机纤维主要有粘胶基、聚丙烯腈 (PAN )基、酚醛基、沥青基、聚乙烯醇(PVA )基、苯乙烯Π烯烃共聚基和木质素纤维等,其中前四种均已实现工业化[1～6]。不同原料生产的ACF 的主要优缺点如表1所示[1,2]。 以PAN 基ACF 及其制品为例,其制备工艺如图1所示[2～4]。 预处理主要有盐浸渍和预氧化两种方式[2,4]。盐浸渍是将原料纤维充分浸渍在盐(磷酸盐、碳酸盐、硫酸盐等)溶液中,然后使其干燥。该法用在粘胶基ACF 生产中,与直

活性炭纤维及其在水处理中的应用

活性炭纤维及其在水处理中的应用活性炭纤维(ACF) 是继粉状活性炭( PAC) 和颗粒活性炭( GAC) 之后的第三代活性炭产品,是20世纪70 年代后期发展起来的一种高效活性吸附材料和环保工程材料。ACF 的前驱体是炭纤维,是由有机纤维原料经炭化、活化而成。根据生产中前驱体的不同,目前实现工业化生产的活性炭纤维产品主要分为粘胶基ACF、酚醛基ACF、聚丙烯腈基ACF、沥青基ACF等。由于前驱体的差异,不同的ACF 产品具有不同的功能。实际工作中应根据需要选取相应的ACF。 1、ACF的特点及性能 ACF有丰富的微孔结构和巨大的比表面积,它有多种形式的制成品, 与粉末状和颗粒状吸附材料相比,吸附和脱附速率更快,而且使用更灵活方便。另外, ACF在震动下不产生装填松动和过分密实的现象,克服了在操作过程中形成沟槽和沉降的问题。与AC相比, ACF的优势极其明显。首先, ACF的细孔结构不同于AC, ACF的微孔结构丰富且孔径分布集中(1-2nm), 微孔体积占总孔体积的90%左右, 没有过渡10 %左右; ACF的比表面积较大, 一般都在1000m2/g以上, 甚至可达3000m2 / g , 从而具有更大的吸附容量;ACF的微孔直接分布于纤维的表面,因而吸附质扩散的路径短、时间短,其吸附和再生的速率快,可在较温和条件下再; AC的细孔由大孔(控制扩散速率)、中孔和微孔组成,吸附质扩散要相继经过大孔、中孔和微孔,其扩散路径长、时间长,吸附和再生的速率慢, 因而ACF具有比AC大的吸附动力系数,吸附速

率较AC高2 -3个数量级, 再生容易且再生率高, 可重复使用上千次, 使用寿命达数年之久。其次, ACF的化学组成与AC有差别。不同原料或相同原料但不同方法制得的ACF, 其表面有不同的官能团,如胺基、亚胺基及磺酸基等,它们对某些吸附质具有特殊的吸附能力和氧化还原及催化特性。因为ACF具有电性能, 可利用ACF的导电性,将其作为电极,通过电杀菌作用解决细菌繁殖问题。 2、活性炭纤维在水处理中的应用 1）废水处理 ACF用于水的净化处理具有吸附容量大、吸附速度快、脱附速度快、灰分少、处理量大且使用时间长的优点。将ACF用于环保工程中, 其操作安全, 由于体积密度小和吸脱层薄, 不会造成蓄热和过热现象,也不易发生事故, 且节能和经济, 可用于大型上水、净水处理,不仅净化效率高, 而且处理量大,装置紧凑, 占地面积小, 设备投资小和效益高。ACF适用于各种有机废水的处理。可对含氯废水、制药厂废水、有机染料废水、造纸黑液、苯酚废水、四苯废水、己内酰胺废水、二甲基乙酰胺和异丁醇废水进行处理。其吸附能力比粉状活性炭的吸附能力高得多, 尤其适用于高平衡浓度时, 每克ACF的吸附量约为粉状活性炭的3倍。其吸附能力随温度升高而提高。 用剑麻基ACF 可有效去除水中的各种有机染料, 如亚甲基兰、结晶紫、铬兰黑R等,去除率高达100 %; 沥青基ACF可有效地吸附酸性染料, 如酸性蓝74、酸性橙10等, 也用于直接染料如直接蓝19、直

利用活性碳纤维治理有机废气

利用活性碳纤维治理有机废气 1 背景 有机废气就是气态污染物的一部分，来自各个行业所排放的化工废气、含氟废气、气态碳氢化合物、恶臭气体等。机废气的治理方法有三种：第一种是催化燃烧法，它利用某种催化剂来分解或使有机废气燃烧后变成无害气体，不能回收；第二种是吸收法，以特定的某种化学液体来吸收有机废气，然后再进行分离，运行成本较高，回收效果不好，局限性比较大；第三种就是吸附法，它以活性炭物理吸附为主，应用范围最广，具有运行成本低及可回收物料的特点。 吸附法的关键是吸附剂和吸附工艺设备配置。该方法是将有机气体吸附到吸附剂上，然后再将其从吸附剂上脱离下来成为液体，收集并处理后即可重新回用于生产或出售。 2 材料 长期以来，人们一直以活性碳颗粒作为吸附剂来吸附这些化学有机物废气，但是由于活性碳颗粒的表面积较小，所以为了增大活性碳接触面积，就须大量填充，使得吸附装置体积庞大，而且时间一长，碳颗粒会变成粉末，影响吸附量，更有甚者，它需要经常更换，在更换时黑尘四起，严重污染工作场所。黑尘还会进入操作者呼吸道，危害人类健康。 活性碳纤维（以下简称ACF）的诞生在整个环保产业是一场革命。ACF是以粘胶基纤维为原料，经高温碳化、活化后制成的纤维状新型吸附材料，与社会上公认的比较好的吸附材料—颗粒状活性炭相比，ACF具有以下显著的的特点： （一）、比表面积大，有效吸附量高。由于同样重量的纤维的表面积是颗粒的近百倍，所以需要填充的活性碳纤维的重量非常小，然而吸附效率却非常高，根据所处理废气的有机气体含量和其它物理特性的不同，吸附效率在85％至98％之间，多级吸附工艺可以达到99.99％,远远高于活性碳颗粒吸附法的最高吸附率88％，而且体积及总重量也都很小。 （二）、吸附﹑脱附行程短，速度快；脱附﹑再生耗能低。ACF对有机气体吸附量比颗粒状活性炭(GAC)大几倍至几十倍，对无机气体也有很好的吸附能力，并能保持较高的吸附脱附速度和较长的使用寿命。如用水蒸气加热6-10分钟，即可完全脱附，耐热性能好，在惰性气体中耐高温1000℃以上，在空气中着火点达500℃以上。 （三）、形状可变，使用方便。由于活性碳纤维可以做成毡式，所以更换起来非常方便，不

活性炭纤维的制备及在核生化防护服中的应用

国防技术基础 ２００８年５月 第５期 活性炭纤维的制备及在核生化防护服中的应用 　摘 要：介绍了活性炭纤维的孔隙分布、特性、制备方法及活性炭纤维在核生化防护服上的应用；介绍了国内核生化防护服用活性炭纤维复合织物的研究进展。　关键词：活性炭纤维 核生化 防护服 复合织物 刘恩文 （总装备部防化军事代表局驻宜昌地区军事代表室） 活性炭纤维（Ａｃｔｉｖａｔｅｄ　Ｃａｒｂｏｎ　Ｆｉｂｅｒ，ＡＣＦ）是指炭纤维（Ｃａｒｂｏｎ　Ｆｉｂｅｒ，ＣＦ）及可炭化纤维（Ｃａｒｂｏｎｉｚａｂｌｅ　Ｆｉｂｅｒ）经过物理活化、化学活化或两者兼有的活化反应所制得的具有丰富和发达孔隙结构的功能性炭纤维。基于ＡＣＦ比一般活性炭（ＡｃｔｉｖａｔｅｄＣａｒｂｏｎ，ＡＣ）有着更为优越的孔隙结构和形态，可用作功能材料，在国防、环境保护、化工、卫生、电子、电化学等领域得以广泛应用。 １．活性炭纤维的孔隙结构、分布及其特性活性炭和活性炭纤维均属多孔碳材料，活性炭纤维与粒状活性炭（ＧＡＣ）的孔隙结构和细孔直径分布见图１，从图中可以看出，ＡＣＦ的孔型开口在其表面，孔形为狭缝形，其细孔直径为单峰型分布；ＧＡＣ的孔型为树枝状，有大孔、中孔和微孔，分布较宽，细孔直径为多峰型分布。两者结构不同，使其在吸、脱附速度及吸附量有很大差异；与活性炭比较具有以下特点［１］　： （１）单丝直径细，约８～２０μｍ，活性炭为１～３ｍｍ，表面积大，约比粒状活性炭大两位数，吸附面积大； （２）有效吸附孔分布窄，属于单分散型，活性炭属于多分散型孔分布； （３）没有或很少有大孔，且为径向开孔扩散阻力小，吸附、脱附的行程短，吸、脱附速度快 （约为活性炭的１０～１００倍）　； （４）外表面积（０．２～２．０ｍ２／ｇ），较活性炭（０．００１ｍ２／ｇ）大得多，吸附位多，吸附容量大； （５）体密度小，漏损小，处理速度快，可实现设备小型化、高效化和自动化； （６）杂质少，纯度高，不会污染吸附的气体或液体； （７）强度高，粉尘少，不会造成二次污染；（８）形态多，后加工性好，适应性强，有纤维、布、毡、纸以及蜂窝状、波纹状和各种定型制品； （９）易再生，失活少，使用寿命长；（１０）导电，导热，蓄热量小，操作、维修方便，使用安全。 图 １　活性炭纤维与粒状活性炭的细孔直径分布

活性碳纤维的特性

活性碳纤维的特性 1)吸附量大 活性碳纤维对有机气体及恶臭物质（如正丁基硫醇等）的吸附量比粒状活性炭（GAC ）大几倍至十几倍。对无机气体也有较好的吸附能力。对水溶液中的无机物、染料、有机物及贵金属的吸附量比GAC 高5—6倍。对微生物及细菌也有很好的吸附能力（如对大肠杆菌的吸附率可达94—99%）。对低浓度吸附质的吸附能力特别优良。如对于吸附质的浓度在几ppm 级时仍可保持很好的吸附量，而GAC 等吸附材料往往在几十ppm浓度时才有良好的吸附能力。 2)吸附速度快 对于从气相中吸附气态污染物的吸附速度非常快，对液体的吸附也可很快达到吸附平衡，其吸附速率比GAC 高数十倍至数百倍。 3)再生容易，脱附速度快 在多次吸附和脱附过程中，仍能保持原有的吸附性能。如用120-150℃蒸汽或热空气再生处理ACF 10-30分钟即可达到完全脱附。 4)耐热性好 在惰性气体中可耐高温1000℃以上，在空气中的着火点高达500℃以上。 5)耐酸、耐碱，具有较好的导电性能和化学稳定性。 6)灰份少。 7)成型性好，易加工成毡、丝、布、纸等形态。 活性碳纤维的介绍 一般传统上所使用的活性炭可分为粉末状活性炭（AC）和颗粒状活性炭(GAC)，上世纪六十年美、日、俄等国家相继研发出第三种形态的活性炭称为活性碳纤维（Activated Carbon Fibers,/ACF）。国内在七十年代末八十年初,也研发出活性碳纤维。因为活性炭纤维其表面遍布微孔，以及可经二次加工，成为不

同形态的毡及布状的材料，与传统的颗粒炭相比，具有较快的吸附、脱附的速度和更便利的操作维护等优点 活性碳纤维（以下简称ACF）的诞生在整个环保产业是一场革命。ACF是以粘胶基纤维为原料，经高温碳化、活化后制成的纤维状新型吸附材料，与社会上公认的比较好的吸附材料颗粒状活性炭相比，ACF具有以下显著的的特点： （一）、比表面积大，有效吸附量高。由于同样重量的纤维的表面积是颗粒的近百倍，所以需要填充的活性碳纤维的重量非常小，然而吸附效率却非常高，根据所处理废气的有机气体含量和其它物理特性的不同，吸附效率在85％至98％之间，多级吸附工艺可以达到99.99％,远远高于活性碳颗粒吸附法的最高吸附率88％，而且体积及总重量也都很小。 （二）、吸附﹑脱附行程短，速度快；脱附﹑再生耗能低。ACF对有机气体吸附量比颗粒状活性炭(GAC)大几倍至几十倍，对无机气体也有很好的吸附能力，并能保持较高的吸附脱附速度和较长的使用寿命。如用水蒸气加热6-10分钟，即可完全脱附，耐热性能好，在惰性气体中耐高温1000℃以上，在空气中着火点达500℃以上。 （三）、对低浓度吸附质的吸附能力特别优良，对ppm数量级吸附质仍保持很高的吸附量 （四）、形状可变，使用方便；强度好，不会造成二次污染。 活性碳纤维的应用 有机溶剂的回收 用于从气相分离回收有机溶剂，如对苯类、酮类、酯类、石油类的蒸汽均能从气相吸附回收，特别是有腐蚀性的氯化物、很容易起反映的溶剂、很容易分解的溶剂，使用ACF 做溶剂回收设备吸附脱附速度快、处理量大、回收溶剂质量高，而且回收效率可达97%以上。 空气净化

活性碳纤维

活 性 炭 材 料 方 面 的 发 展 活性碳纤维[1] 1.概述 活性碳纤维（activated carbon fiber, ACF）是继粉状活性炭和颗粒活性炭之后发展起来的第三代活性炭材料。人们最初将传统的粉状或细粒状活性炭吸附

在有机纤维上或灌倒空心有机纤维里制成纤维状活性炭（fiberous AC, FAC）但所得到产品性能不够理想[2]。于是，知道20世纪60年代初期，在碳纤维（carbon fiber，CF ）工业得以发展的基础上，人们将CF进行活化处理，才获得这种新型的吸附性能有一的ACF。 2.发展过程 最早报道ACF研制成功的事W.F.Abbott ,他于1962年研制成功黏胶基ACF[3]。1972年，G.N.Arons和R.N.Macnair等研制成功酚醛基和黏胶基AC[4]。1973年、1977年，R.Y.Lin和J.Economy报道了关于酚醛基ACF的研究成果[5]。后来建立了一个ACF商业化设备工艺程序[1]。Bailey和Maggs用路易斯酸来处理黏胶纤维制得ACF[1],并获专利。随后人们尝试了各种原料来直奔ACF，包括黏胶、酚醛纤维、聚丙烯腈、沥青、聚酰亚胺纤维、异型截面纤维等。 在诸多国家中，日本是开发和应用ACF较多的国家之一[6、7]。日本东洋纺织公司最早开发了人造丝基ACF，并与1975年工业化，目前产量达到100t∕a；1976年东邦人造丝开发出PAN基ACF；1988年，日本大阪气化公司与尤尼吉卡共同开发出沥青基ACF。 国内从事ACF的开发与研究科研单位及大专院校有许多，在ACF的制备、性能与结构表征、活化机理及应用取得长足进步。中山大学材料系增汉民教授及其合作者就不同原料ACF的制备、性能测定、反应机理、功能化研究等方面发飙了数十篇论文[8~10]。1987年中科院山西煤化所沈曾民研究员及其合作者系统开发了通用沥青基ACF，并在其随后的研究工作中，进一步优化和考察了以预氧化纤维为原料的“碳化∕活化”工艺(又称作“一步法”)与传统的“碳化再活化”工艺（有称作“二步法”）的各自优劣，并探讨了不

锂离子电池工作原理

锂离子电池工作原理 Batteries就像一把摇椅，摇椅的两端为电池的两极，而锂离子就象运动员一样在摇椅来回奔跑。所以Li-ion Batteries又叫摇椅式电池。 一般锂电池充电电流设定在0、2C至1C之间，电流越大，充电越快，同时电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反应需要时间。就跟倒啤酒一样，倒太快的话会产生泡沫，反而不满。正极正极材料：可选正极材料很多，目前主流产品多采用锂铁磷酸盐。 正极反应：放电时锂离子嵌入，充电时锂离子脱嵌。充电时：LiFePO?→ Li1-xFePO? + xLi + xe 放电时：Li1-xFePO?+ xLi + xe →LiFePO? 不同的正极材料对照：正极材料平均输出电压能量密度LiCoO? 3、7 V140 mAh/gLi2MnO 33、7 V100 mAh/gLiFePO 43、2 V130 mAh/gLi2FePO?F 3、6 V115 mAh/g负极负极材料：多采用石墨。新的研究发现钛酸盐可能是更好的材料。 负极反应：放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入。充电时：xLi + xe +6C →LixC6 放电时：LixC6 → xLi + xe +6C 锂离子电池是一种二次电池（充电电池），它主要依靠锂离子在正

极和负极之间移动来工作。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返嵌入和脱嵌：充电池时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电极，是现代高性能电池的代表。组成部分钢壳/铝壳/圆柱/软包装系列：（1）正极活性物质一般为锰酸锂或者钴酸锂，镍钴锰酸锂材料，电动自行车则普遍用镍钴锰酸锂（俗称三元）或者三元+少量锰酸锂，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电集流体使用厚度10--20微米的电解铝箔。（2）隔膜一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。（3）负极活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。（4）有机电解液溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用凝胶状电解液。（5）电池外壳分为钢壳（方型很少使用）、铝壳、镀镍铁壳（圆柱电池使用）、铝塑膜（软包装）等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。工作效率锂离子电池能量密度大，平均输出电压高。自放电小，好的电池，每月在2%以下（可恢复）。没有记忆效应。工作温度范围宽为-20℃～60℃。循环性能优越、可快速充放电、充电效率高达100%，而且输出功率大。使用寿命长。不含有毒有害物质，被称为绿色电池。电解质溶液溶质：常采用锂盐，如高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)。溶剂：由于电池的工作电压远高于水的分解电压，因此锂离子电池常采用

活性炭纤维的应用

活性炭纤维的制备与应用进展 摘要：活性炭纤维（ACF）是20世纪60年代发展起来的一种性能优于粉末活性炭和粒状活性炭的新型吸附材料。该材料的特性有：孔径分布窄、微孔丰富、具有大的比表面积、独特的表面化学性质和吸附脱附速度快等。正是由于这些特性，近年来活性炭纤维得到了迅速的发展，广泛应用于各个领域。本文主要介绍了活性炭纤维的制备工艺、结构与性能及其实际应用。 关键词：活性炭纤维（ACF）；制备；性能；应用。 1引言 活性炭纤维(Activated Carbon Fiber,简称ACF)是继粉状活性炭(PAC)和颗粒活性炭(GAC)以后的第三代产品，是在20世纪60年代逐渐发展起来的新型活性炭。ACF主要分为粘胶基ACF、酚醛基ACF、聚丙烯腈基ACF、沥青基ACF等。ACF与以往的活性炭相比,比表面积大,含量丰富的微孔占总体积的90%左右,孔径分布狭窄且均匀,微孔孔径大多在1nm左右,没有大孔和过渡孔,吸附、脱附速度快、可塑性和再生性强。ACF表面有各种官能团,对于金属离子、某些有机物及某些气体有很好的选择性吸附功能,是一种新型的高效吸附剂。 2活性炭纤维的制备 活性炭在工程中应用会在吸附层中出现松动和沟槽，有时会出现吸附层过分密实，导致流体阻力增加从而影响正常操作。为了提高吸附效果人们尝试将粉状活性炭或细粒活性炭粘附在有机纤维上或灌入空心的有机纤维中，制成纤维状活性炭，但效果不理想，于是人们后来开始探索用有机纤维为原料制备活性炭。

2.1活性炭纤维的原料来源 目前用于制造ACF纤维的原料除了沥青纤维、聚丙烯睛纤维、粘胶纤维(再生纤维素)、酚醛纤维外，还出现了如苯乙烯/烯烃共聚物，聚偏二氯乙烯，聚酸亚氨纤维、木质纤维和一些天然纤维等。前四种已经实现大规模生产并付诸工业化。 不同的原料纤维有不同的生产工艺，制成的ACF的性能也有所不同。不同原料生产的ACF的主要优缺点如表2-1所示[1-3] 表2-1 不同原料生产的ACF的主要优缺点 种类主要优缺点 沥青基原料低廉，产品收率高，但杂质含量高，不易制得，连续长丝，深加工困难，强度低 聚丙烯腈基结构中含有S、N化合物，有催化剂作用，吸附性能好，工艺简单成熟，但比表面积较小，成木高 粘胶基原料低廉.制成品比表面积大.吸附性能好，但产品收率低，强度低，生产工艺复杂 酚醛基原料低廉.耐热，不需要进行预处理，产品收率高，比表面积大，工艺简单 2.2活性炭纤维的预处理与制备方法 生产活性炭纤维的工艺根据前驱体材料的不同有所不同，但所有的前驱体材料都要经过预处理、碳化、活化而成，原材料首先经预处理成为可碳化纤维，再进一步经碳化和活化成为活性炭纤维制品[4]。 预处理：即稳定化处理，主要目的是使纤维不融化，在碳化和活化的高温过程中保持纤维原形。主要有盐浸渍和预氧化两种方式[3,5,6]。盐浸渍是将原料纤维充分浸渍在盐(磷酸盐、碳酸盐、硫酸盐等)溶液中，然后使其干燥。该法用在粘胶基ACF生产中，与直接进行炭化或活化的相比，既可提高收率，同时其纤维力学和吸附性能也得到改善，预氧化处理一般采用空气预氧化的方法，原料纤维在一定的温度范围内，缓慢预氧化一定时间，或者按照一定升温程序升温预氧化。 碳化:碳化是生产活性炭纤维的重要环节。炭化是在惰性气体(如氮气或氩气等)环境下于800～1000℃对纤维进行热处理，排除大部分非碳成分，形成具有类似石墨微晶结构的炭化纤维。活化是在高温下用氧化性气体刻蚀炭化纤维，使所得ACF具有理想的微

CoO填充多壁碳纳米管作为锂离子电池负极材料_叶茂

收稿日期：２００６－０２－２７。收修改稿日期：２００６－０４－１７。国家重点基础研究发展规划资助项目（Ｎｏ．２００２ＣＢ２１１８００）。 ＊ 通讯联系人。Ｅ－ｍａｉｌ：ｙａｎｊｉｅ＠ｎａｎｋａｉ．ｅｄｕ．ｃｎ 第一作者：叶 茂，男，２８岁， 博士研究生；研究方向：无机材料与合成。"""""#"$ %%%%%$ "$ 研究简报 ＣｏＯ填充多壁碳纳米管作为锂离子电池负极材料 叶 茂 周震 卞锡奎高学平 阎杰＊ （南开大学新能源材料化学研究所， 天津３０００７１）关键词：多壁碳纳米管；ＣｏＯ；锂离子电池；负极材料中图分类号：Ｏ６１３．７；Ｏ６１４．８＋２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１－４８６１（２００６）０７－１３０７－０５ ＣｏＯ－ｆｉｌｌｅｄＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅｓａｓＩｎｓｅｒｔｉｏｎＡｎｏｄｅＭａｔｅｒｉａｌｆｏｒＬｉｔｈｉｕｍＢａｔｔｅｒｉｅｓ ＹＥＭａｏＺＨＯＵＺｈｅｎ ＢＩＡＮＸｉ－ＫｕｉＧＡＯＸｕｅ－ＰｉｎｇＹＡＮＪｉｅ＊ （ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＮｅｗＥｎｅｒｇｙ＆ＭａｔｅｒｉａｌＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，ＮａｎｋａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７１） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＣｏＯ－ｆｉｌｌｅｄｍｕｌｔｉ－ｗａｌｌｅｄｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ（ＭＷＣＮＴｓ）ｉｓｄｅｓｃｒｉｂｅｄ．ＭＷＣＮＴｓｗｅｒｅｐｕｒｉｆｉｅｄ，ｏｐｅｎｅｄａｎｄｆｉｌｌｅｄｗｉｔｈｃｏｂａｌｔｓａｌｔｉｎｏｎｅ－ｓｔｅｐｂｙｗｅｔ－ｃｈｅｍｉｓｔｒｙｒｏｕｔｅ．Ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｃａｌｃｉ－ｎａｔｉｏｎｓｉｎＡｒａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ，ｔｈｅｓａｌｔｆｉｌｌｅｄｉｎｔｈｅＭＷＣＮＴｓｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｔｏＣｏＯｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｌｙ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉ－ｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｂｙＸ－ｒａｙｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎａｎｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙｓｈｏｗｅｄｔｈａｔＭＷＣＮＴｓｗｅｒｅｆｉｌｌｅｄｂｙｄｉｓｃｒｅｔｅｎａｎｏ－ｓｉｚｅＣｏＯ．ＣｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈｅＭＷＣＮＴｓｐｕｒｉｆｉｅｄｂｙＨＮＯ３，ｔｈｅＣｏＯ－ｆｉｌｌｅｄＭＷＣＮＴｓｅｘ－ｈｉｂｉｔｅｄｈｉｇｈｅｒｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｂｅｔｔｅｒｃｙｃｌａｂｉｌｉｔｙｄｕｒｉｎｇｇａｌｖａｎａｓｔａｔｉｃｃｈａｒｇｅ－ｄｉｓｃｈａｒｇｅｃｙｃｌｉｎｇａｎｄｃｙｃｌｉｃｖｏｌｔａｍｍｅ－ｔｒｙ（ＣＶ）ｔｅｓｔｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＭＷＣＮＴｓ；ＣｏＯ；ｌｉｔｈｉｕｍ－ｉｏｎｂａｔｔｅｒｉｅｓ；ａｎｏｄｅｍａｔｅｒｉａｌｓ 碳纳米管自１９９０年被日本科学家Ｉｉｊｉｍａ发现以来［１］，由于其独特的结构组成而具有良好的强度和弹性模量、高比表面积、良好的耐腐蚀性和导电性等特点受到了广泛的关注，并已在催化剂载体、纳米电子器件、储能材料、复合功能材料等诸多领域得到应用。多壁碳纳米管（ＭＷＣＮＴ）是由多层石墨卷绕而成的同心圆筒，石墨层间距约为０．０３４ｎｍ，管径一般为几十纳米，管长可达数微米，因此多壁碳纳米管具有较高的长径比，可以被看作一维纳米线。由于多壁碳纳米管在管壁之间和管腔之中存在大量空间，为锂离子的嵌入提供了可能，因此近年来关于多壁碳纳米管储锂的研究受到了广泛的关注［２￣７］。研究表明多壁碳纳米管具有较高的储锂容量，但其不可逆 容量也较高，且电压滞后现象明显，严重地制约了其 在电化学储锂材料方面的应用。为了改善碳纳米管的储锂性能，目前的研究主要集中于两个方面，一是采用多壁碳纳米管为支撑载体，与各种已广泛应用于电化学储锂的过渡金属氧化物、锡基合金等组成复合材料［８，９］；再则将过渡金属氧化物、锡基合金等填充入多壁碳纳米管的管腔内形成另一类复合材料［１０，１１］。研究表明碳纳米管与过渡金属氧化物、锡基合金等组成的复合材料能够综合两者的优势，比容量和循环性能较纯碳纳米管均有一定提高。Ｐｏｉｚ－ ｏｔ［１２，１３］曾报道了纳米ＣｏＯ的嵌／脱锂性能， 发现其具有较高的可逆容量及稳定的循环性能。 本文尝试将纳米ＣｏＯ材料和多壁碳纳米管材 第７期２００６年７月Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．７Ｊｕｌ．，２００６ 无机化学学报 ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＩＮＯＲＧＡＮＩＣＣＨＥＭＩＳＴＲＹ

活性碳纤维

活性炭纤维 活性炭纤维（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1962年美国专利首次涉及随后美国ORNL使用活性炭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。 制造方法：前驱体原料的不同，ACF的生产工艺和产品的结构也明显不同。AC F的生产一般是将有机前驱体纤维在低温200 ℃～400 ℃下进行稳定化处理，随后进行(炭化)活化。常用的活化方法主要有：用CO2或水蒸汽的物理活化法以及用Zn CI2，H3PO，H2PO4，KOH 的化学活化法，处理温度在700 ℃～1 000 ℃间，不同的处理工艺(时间，温度，活化剂量等)对应产品具有不同的孔隙结构和性能。用作ACF前驱体的有机纤维主要有纤维素基，PAN基，酚醛基，沥青基，聚乙烯醇基，苯乙烯/烯烃共聚物和木质素纤维等。商业化的主要是前4种。 结构特征：活性炭纤维是一种典型的微孔炭（MPAC），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 μm～30 μm。孔隙直接开口于纤维表面，超微粒子以各种方式结合在一起，形成丰富的纳米空间，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ACF比活性炭比表面积大、吸脱附速率快、吸附效率高的主要原因。 功能化方法：功能化主要通过孔隙结构控制和表面化学改性来满足对特定物质的高效吸附转化。 ACF通常适用于气相和液相低分子量分子(MW=300以下)的吸附。当吸附剂微孔大小为吸附质分子临界尺寸的两倍左右时，吸附质较容易吸附。孔径调整的目的就是使ACF的细孔与吸附质分子尺寸相当，通常采用下列方法：1)活化工艺或活化程度的改变（至纳米级）；2)在原纤维中添加金属化合物或其它物质经炭化活化，或采用ACF添加金属化合物后再活化（中孔为主），原料纤维预先具有接近大孔的孔径（大孔）；3)烃类热解在细孔壁上沉积、高温后处理（使孔径变小)。 表面化学改性主要改变ACF的表面酸、碱性，引入或除去某些表面官能团。经高温或经氢化处理可脱除表面含氧基团(还原)；通过气相氧化和液相氧化的方法可获得酸性表面。改性需综合考虑物理结构与化学结构的影响。