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多功能環境凈化材料-活性碳纖維 |
來源:中國粉體技術網 更新時間:2015-06-11 10:53:20 瀏覽次數: |
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(中國粉體技術網/文龍)保護人類生存環境,走持續發展的道路,是地球上每個人的神圣責任。由于經濟發展所帶來的環境問題以及其所產生的環境影響都應減少到最低程度,這應通過各種渠道來實現,但無論是大自然生態環境或室內環境均離不開凈化手段。多功能環境凈化材料-活性碳纖維,簡稱ACF(Activated Carbon Fiber),近20年來受到重視,現已進入大規模產業化階段,有關的生產技術和其在各個行業中的廣泛應用,已逐步形成當今世界競相開發的熱點之一。
1. 活性碳纖維的性能
ACF主要是由碳原子以類石墨微晶片亂層堆疊而成的,具有發達的比表面積,豐富的微孔和相對集中的孔徑,且微孔直接開口于纖維表面,吸附質分子可以直接由纖維表面進入微孔,因而吸附速度和解吸速度很快。
由于活性炭的原料結構的不規整性,活性炭表面孔隙分為大孔、過渡孔及微孔,對于吸附過程來講,其主要過程是由微孔來完成的,因此,吸附質分子要通過大孔到過渡孔、過渡孔到微孔的擴散過程后,才能發生吸附作用,脫附則相反。由此可以看出,ACF的吸附過程要比活性炭快得多。
ACF除具有特殊的物理結構以外,還有其表面化學結構,在ACF的碳微晶表面上有含氧及含氮官能團,這此官能團對ACF的吸附性能也有很大影響。
特殊的物理和化學結構使ACF比活性炭具有更優異的性能,主要表現在以下幾個方面:
(1)吸附容量大
ACF對大多數有機溶劑都有較高的吸附量,PAN基ACF對一些惡臭物質,如:正丁基硫醇等含有N、S的化合物的吸附量要比顆粒炭(GAC)大幾倍到幾十倍。另外,ACF對氯代烴也有很高的吸附容量,吸附裝置可以做得很小,因此ACF被廣泛用于氯代烴類溶劑的回收。
此外,ACF對無機氣體,對水溶液中的無機物、染料、有機物、貴重金屬離子、微生物及細菌等均有良好的吸附能力。
(2)對低濃度吸附質的吸附能力特別優良
由于ACF上的孔屬微孔,相對孔壁力場的相互疊加使得吸附勢大大增加,吸附過程在很低的分壓和很短的時間內就可完成。因此即使對于PPb級的臭氧O3和甲基碘,ACF仍可達到極高的吸附效率。目前,ACF已被用于復印機臭氧的消除,效果非常明顯。
(3)活性炭纖維吸附速度快、易脫附,對于氣體一般在幾十秒內達到吸附平衡,對于液體的吸 附也僅需幾分鐘就可達到吸附平衡。一般情況下,ACF比GAC要快2-3個數量級,故不需較厚的吸附層,這樣可使吸附設備小型化、占地小、投資省。
(4)活性炭纖維強度高,不易粉化,不易造成二次污染。除此之外,它的純度高、雜質少,可用于醫療衛生和食品工業。
(5)活性炭纖維形態多樣,有纖維、氈、布和紙,易深加工,使用戶的選擇范圍廣,適應性強。
2. 活性炭纖維的應用領域
目前,在高科技領域,應用ACF己經成功地開發出大量的高科技產品,主要有:
(1)用ACF制造的電雙重層電容器,其容量是鋁電解電容器的100萬倍,應用于計算機的RAM。
(2)用ACF作為捕集太陽能的黑體,所制造的熱水器在同樣條件下,比太陽能金屬集熱板熱水器的水溫要高十度左右,且裝置輕,易于安裝。
(3)在醫療衛生領域,前蘇聯應用ACF制造的醫用敷料已進入臨床應用,解決了傷口感染等問題,在海灣戰爭中已裝備部隊實用。
(4)在制冷領域,已有專家學者應用ACF的快速吸附與脫附性能,利用吸附放熱及脫附吸熱的原理,制造了吸附式冰箱。該冰箱可不用氟里昂,不用壓縮機,只需1公斤ACF材料即可制致冷能力為5公斤冰/天的冰箱,帶來冰箱的大變革。
此外,諸如在電池、蓄電池、電極的添加材料以及防毒服、口罩、人工腎臟、凈水器、空氣凈化器等方面都應用了ACF,并取得了良好的效果。
結語
近年來,ACF作為一個有意義的研究開發方向,已經得到越來越多的科學工作者和企業家的肯定,它的優異性能必將在未來的環境凈化材料領域得到充分發揮,其應用潛力不可限量。
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