活性炭纤维的应用
用过的活性炭还有什么用途
用过的活性炭还有什么用途活性炭是一种多孔材料，具有大表面积和强吸附能力。
因此，它被广泛用于各种领域，以下是一些常见的活性炭的用途：1. 水处理：活性炭广泛应用于水处理领域，用于去除水中的氯、有机物、重金属、臭味和异味等物质。
它可以用于家庭饮水机、净水器、水处理厂等。
2. 空气净化：活性炭可以吸附空气中的有害气体和异味，如甲醛、苯、二甲苯等。
因此，它被广泛用于室内空气净化器、汽车空气净化系统等。
3. 呼吸器具：活性炭可以用于口罩、防毒面具等呼吸器具中，吸附和过滤空气中的有害气体和颗粒物，保护使用者的呼吸道免受污染。
4. 医药领域：活性炭被广泛用于医药领域。
它可以用于药物脱毒、解毒，吸附和去除体内的毒素和有害物质，也可以用于治疗胃肠道疾病，如腹泻和胃酸过多。
5. 食品工业：活性炭常用于食品工业中，用于去除食品中的致癌物质、有害物质和异味。
它可以用于糖浆、果汁、啤酒、酒类等的脱色和脱臭。
6. 环境保护：活性炭可以用于处理工业废水和废气中的有害物质。
它可以吸附和去除重金属、有机物、二噁英等污染物，起到净化环境和保护生态系统的作用。
7. 农业领域：活性炭可以改善土壤质量，增加土壤肥力。
它可以吸附和储存土壤中的营养物质和植物生长因子，提高农作物的产量和质量。
8. 工业应用：活性炭可以用于气体吸附、分离和储存，如天然气净化、空调系统中的VOCs（挥发性有机化合物）吸附等。
9. 储能领域：活性炭具有高表面积和良好导电性，可以用于储能设备中的电化学电容器、锂电池等，提高电池的储能和充放电性能。
10. 其他应用：活性炭还可以用于金属氧化物的脱色和去除、催化剂的制备、乳胶橡胶的稳定和防腐、电子产品中的静电抑制等。
总之，活性炭具有广泛的用途，涵盖了水处理、空气净化、医药、食品、环境保护、农业、工业和能源等多个领域。
它的强吸附能力和多孔结构使其成为一种高效的吸附材料，在许多领域中发挥着重要的作用。
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。
活性炭纤维的吸附效果研究及在空气净化方面应用
活性炭纤维的吸附效果研究及在空气净化方面应用江苏省卫生防疫站 张秀珍 李延平 徐强 匡国正 吴玉珍南京大学 刘文菁 摘要 介绍了活性炭纤维的特性、用途。
以及对活性炭纤维进行了吸附效果的实验研究。
结果表明,活性炭纤维因其比表面积大,微孔丰富,阻力小使气体或液体容易通过而对有机物具有较高的平衡吸附容量和良好的吸附能力。
本文还叙述了活性炭纤维在空气净化方面的功用。
关键词 活性炭纤维 有机物 平衡吸附 空气 净化 活性炭纤维含炭量高,比表面积大,微孔丰富,孔径分布高,是近几十年来迅速发展起来的一种新型高效材料,具有优异的结构与性能特征。
由于活性炭纤维的外表面积、比表面积均比颗粒活性炭大,所以其吸附速度和解吸速度也比颗粒活性炭大得多。
同时因阻力小,气体或液体易于通过,所以作为活性炭的新品种正在扩大其应用范围(1)。
如用于空气净化器和空调器方面对室内空气中有害气体的吸附以及用于家用净水器来改善饮用水水质等,正日益引起人们的重视。
1 活性炭纤维的特性与用途活性炭纤维是从有机纤维制造的,合成纤维或天然纤维是其原始原料。
对活性炭纤维优劣的评价基本上由吸附力,吸附容量和吸附速率等因素进行的,而这些因素依赖于活性炭纤维的表面特性。
表面特性有物理的(微孔容量,比表面积,微孔构造)和化学的(官能团作用),吸附容量和吸附速率依赖于物理特性,吸附力依赖于表面的化学特性(2-4)。
活性炭纤维的吸附性能首先表现在其微观结构。
活性炭纤维的微孔全部位于其表面,其孔径又比活性炭的孔径几乎小一倍,有的甚至一倍多。
故所有的孔均很容易产生毛细血管凝聚作用,吸附质的分子容易凝聚于微孔中,不易蒸发出去,因而提高了吸附效能。
(4)活性炭纤维对于苯酚、丁烷、氰化氢、硫化氢、二氧化氮、氨、甲醛等污染物的吸附极为有效(2)。
本文对甲苯、氨、甲醛进行了吸附试验。
1.1 试验样品的选择 根据本课题的要求,选择了两种活性炭纤维,分别为工业碳制成的活性炭纤维与天然植物制成的活性炭纤维。
活性炭纤维（ACF）
活性炭纤维（ACF）活性炭纤维是新一代高效活性吸附材料和环保功能材料，是活性炭的更新换代产品。
较高的技术含量和较高的产品附加值是其主要特征，可使吸附装置小型化，吸附层薄层化，吸附漏损小，效率高，节能经济，可以完成颗粒活性炭无法实现的工作，是任何其它类型的活性炭纤维无法比拟的，性能出类拔萃的活性吸附材料和环保工程材料。
产品结构活性炭纤维（ACF）是用天然纤维或人造有机化学纤维经过碳化制成。
其主要成份由碳原子组成。
碳原子主要以类似石墨微晶片、乳层堆叠的形式存在。
ACF另一引人注目的结构是具有发达的比表面积，丰富的微孔径。
一般活性炭纤维（ACF）的比表面积可达1000-1600m2/g，微孔体积90%左右，其微孔孔径为10A-40A。
产品性能1、吸附容量大：对有机气体恶臭、腥臭物质（NO、NO2、SO2、H2S、NH3、CO、CO2）吸附量比颗粒和粉状活性炭大20-30倍。
对水溶液中的无机物、燃料、有机物质及重金属离子吸附量比颗粒、粉状活性炭高5-6倍。
对微生物及细菌有优良的吸附能力。
（如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PPM吸附仍保持很高的吸附量。
而GAC吸附材料往往在低浓度吸附能力大大降低。
2、吸附速度快：对气体的吸附一般在数十秒至数分钟达到吸附平衡，比GAC高2-3个数量级。
3、脱附速度快、易再生：用120℃-150℃热空气加热10-30分钟即可完全脱附。
在多次吸附过程中，仍然保持原有的吸附性能。
4、耐温性能好：在惰性气体中耐高温1000℃以上，在空气中着火点达500℃。
5、耐酸、耐碱，具有良好的导电性能和化学稳定性。
6、灰份少：它的灰份含量仅为GAC的十分之一，对回收物质的催化作用小。
产品用途1、水净化：能除去水中的重金属离子、致癌物质、臭味、铁锈、毒味、细菌及脱色等。
用于自来水、食品工业用水及工业用纯水等。
2、空气净化：能吸附过滤空气的恶臭、烟气、毒气、致癌物质等。
活性炭纤维完整方
3）大气治理和空气净化
4）应用于医学领域 5）有机合成催化剂或催化剂载体
1、饮用水的净化
ACF的微孔孔径具有可调节性，可以针对不同的有机微污染 物，选择性的设计出具有不同吸附性能的ACF，从而能够 去除水源中的各种污染物质。 ACF对水质混浊有明显的澄清作用，可以除去水中上， 对细菌有极好的过滤效果，如大肠杆菌去除率达98％。
④ACF在去除水中的农药方面的研究。
Yaping Guo等将ACF作为电极来处理农药DDT，1个小时 后达到了吸附平衡，且吸附之后DDT的残留浓度要低于非 电极的活性炭纤维。 黄星发研究了ACF电极对敌草隆的去除作用，结果表明，在 0.01~0.05A内，敌革隆的去除随着电流强度的增加而增加， 其去除率为58％～91％；敌草隆浓度在5～40mg／L时， 其去除率随着浓度的增加而减小，但至1.5时。去除率均 可达95％以上；对于20 mg／L的敌草隆，活性炭纤维电 极电化学氧化对其去除率达95％，并且重复使用其效果未 见下降。
3、废水处理
ACF较活性炭有丰富的微孔、巨大的比表面积及多种官能团， 因此有更为明显的吸附特性，对水溶液中的无机污染物及 各种复杂的有机污染物等具有较强的吸附能力，并且能有 效去除工业废水的颜色、气味、油分、氯化物及苯酚等， 也可以除去生物难以降解的物质。 ACF 处理废水主要包括： 水中无机离子、有机分子或离子、染料以及农药。
ACF碳纤维和其他活性炭材料吸附能力对比
粉末活性炭（Pac）<活性炭棒（CTO）<颗粒活性炭（GAC）<碳纤维（ACF）
三.活性炭的合成方法及原理
1.合成方法 ：目前用作活性炭纤维前驱体的有机纤维主要 有粘胶基、聚丙烯睛基、沥青基、酚醛基四种，除此之外 ，还有采用其他原料制成的，如聚偏二氯乙烯、聚酞亚胺 纤维、PBO纤维、聚苯乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚氯乙 烯基、PVA基等，不同的原料纤维有不同的炭化和活化特 性，制成的活性炭纤维的特点有所不同 2.原理：活性炭纤维是经过活化的含碳纤维，将某种含碳 纤维，经过高温活化（不同的活化方法活化温度不一样） ，使其表面产生纳米级的孔径，增加比表面积，从而改变 其物化特性。
活性碳纤维在环境保护中的应用
第25卷 第3期2006年 5月环 境 化 学ENV I RONME NT AL CHE M I ST RY Vol .25,No .3May 2006 3通信作者,电话:021*********,E 2mail:j p jia@sjtu 1edu 1cn活性碳纤维在环境保护中的应用杨 骥 贾金平3 廖黎燕(上海交通大学环境科学与工程学院,上海,200240)摘 要 由于活性碳纤维的吸附面积大,可以作为固相微萃取的纤维用于对环境污染物质的分析检测,包括含硫和含氯的一些有机化合物.同时,活性碳纤维具有良好的导电性能,可以作为电极,能有效地去除环境中城市污水、燃料废水和腐植酸的污染.关键词 活性碳纤维,吸附,固相微萃取,电化学. 活性碳纤维(ACF )作为吸附材料,具有以下优点:(1)吸附性能好.具有大的比表面积(1000—3000m 2・g -1)和丰富的微孔,微孔的体积占总孔体积的90%以上,比一般活性炭(AC )具有更大的表面积和孔容积、外表面比AC 大100倍以上、吸附容量约大1—10倍[1](其示意图见图1);(2)其微孔都在外表面上,所以ACF 的吸附/脱附速度快;(3)ACF 中的碳都以类石墨乱层状堆积而成,所以ACF 具有良好的导电性能;(4)氧化还原性能强.活性碳纤维可将贵金属离子还原为低价离子或金属单质[1],还可催化还原如NO X 和CO 等无机气体.(5)对微生物具有良好的负载能力[1].正是由于ACF 的优异特性与性能,本文对其在环境保护中的应用进行一些介绍.图1 活性碳纤维与颗粒活性炭的结构示意模型F i g 11 Sche matic diagra m of structure on actived carbon fiber and particle actived char1 活性碳纤维的应用111 废水中污染物的去除 我国粘胶生产目前均使用CS 2作为浆泊纤维的溶剂.采用活性碳纤维吸附法去除废水中的CS 2,不仅简单易行,而且去除效率高. 活性碳纤维吸附是一个基于目标物质在样品及活性碳纤维中平衡分配的吸附过程.对于单组分的单相体系,例如,当系统达到平衡时,活性碳纤维所吸附的目标物质可由下式决定:n =(K fs ・V f ・C 0・V s )/(K fs ・V f ・+V s )(1)式中,n 为活性碳纤维吸附目标物质的量;K fs 为目标物质在样品及活性碳纤维间的分配系数;V f 为活性碳纤维的体积;C 0为目标物质的初始浓度;V s 为样品体积. 由上式可以看出,体系中的K fs 及V f 值是影响吸附能力的重要因素.当样品体积V s >>K fs ・V f 时,式(1)可以近似为:n =C 0・K fs ・V f(2)112 活性碳纤维作为固相微萃取中萃取纤维的应用 环 境 化 学25卷274 固相微萃取技术是一项新型的无溶剂化环境样品处理技术[3,4].该方法解决了传统环境样品前处理技术中大量使用有机溶剂、处理时间长、操作步骤多的缺点,成为当今环境分析化学的研究热点之一.作为萃取器核心功能部分,目前已有的萃取纤维多为涂有气相色谱固定液涂层的石英纤维,使用较多的涂层是非极性的聚二甲基硅氧烷和极性的聚丙稀酸酯以及聚乙二醇.利用现有涂层已经成功地从水样、大气、土壤样品中检出如BTEX(苯、甲苯、乙苯、二甲苯),P AH s,PCB s以及烃类、脂肪酸、卤代烃等多种有机污染物.尽管如此,目前对于纤维涂层的应用仍有一定局限性,如现有涂层不耐高温且容易老化,这就限制了解析温度范围.而且市售萃取器价格较贵,又限制了它的普遍使用.活性碳纤维吸附量大,耐热,耐酸,耐碱,吸附解吸特性好,尤其是低浓度吸附性能.ACF纤维的使用既碳增加了吸附量,又增强了纤维的强度和使用寿命,经济实用,可作为涂层型的一种补充形式[5].11211 水中氯代有机物的检测[6—9] 采用活性碳纤维固相微萃取方法对饮用水中的有机氯代有机物,对水中包括α,β,γ2六氯环己烷异构体和六氯苯在内的17种有机氯农药进行分析检测.将活性碳纤维固相微萃取方法的萃取、富集、解吸集于一体,使用快速、简单并且试验结果重复性较好.为水中含氯污染质的检测提供了一种可能的测定方法.11212 油品中硫化物的检测 油品中的含硫化合物,因其结构类型不同,其性质和危害作用也不相同.因此,同时、快速、准确测定油品中的各类含硫化合物,对控制硫危害和确定油品的质量有重要意义.活性碳纤维对含硫有机化合物吸附量大,因此,利用ACF固相微萃取方法与GC联用,快速简单,而且实现无溶剂进样,对环境污染小.吸附型活性碳纤维,与传统涂层型纤维相比除了增加吸附量和纤维强度外,还克服了涂层型纤维浸在油中易发生溶涨效应的缺点.利用活性碳纤维固相微萃取器和GC2FP D联用,探讨了一种快速检测油品中多种含硫化合物的新方法,取得了良好的结果[10].11213 酱油中苯甲酸及化妆品中甲醇的检测[11] 对食品中的苯甲酸含量进行快速而方便的检测是非常重要的一项工作.化妆品中含有大量的乙醇(70%),同时由于质量原因,其中常混有一定量的甲醇.目前,化妆品中甲醇的标准检验方法为蒸馏2气相色谱法,操作麻烦且费水、电、工时,同时样品蒸馏时难免有损失,特别是对于摩丝类化妆品.活性碳纤维吸附型固相微萃取器在此领域的应用同样取得了良好的结果.113 金属防腐蚀[12] 金属腐蚀是工业用水及循环系统中的一个重要问题,一般处理方法就是向工业用水及循环系统中添加防腐剂,但是添加化学物质又会带来环境污染,并且这种方法需要限定应用的范围(如水质的pH值,硬度及其他杂质离子等),这也就制约了该方法的应用.活性碳纤维是一种非常有前途的吸附剂,因为其独特的结构和特性(如更大的比表面积、丰富的微孔容积、特殊的表面功能团、更多的吸附容积等等),而与传统的粉末状活性炭和粒状活性炭相比具有更大的优势.通过向溶液中添加活性碳纤维来降低溶液的电极电位和溶解氧,从而可以有效的降低金属的腐蚀速度.114 制冷性能[13] 近年来,由于氟利昂对臭氧层的破坏等原因,人们对固体吸附式制冷产生了极大兴趣,并研制出太阳能驱动的活性炭2甲醇吸附式制冰机.由于活性炭2甲醇吸附式制冰机具有无任何运动部件,只需要消耗低品味能源,对环境无公害,其COP可达到蒸汽压缩式制冷机的一半以上等一系列优点.我们用不同的活性碳纤维并结合市售ACF,对甲醇的吸附/解吸性能进行了试验,发现其具有吸附/解吸时间很短、单位质量制冷量大、循环COP可显著提高等一系列优点[14].2 活性碳纤维的导电性能211 染料废水的处理[15—18] 染料废水很难用传统的絮凝或者生物方法进行达标处理.采用活性碳纤维复合电极电化学方法对染料废水进行处理,效果显著并发现了ACF电极的一些特殊性能[15]提出了电化学转盘的方法[16]和双极氧化的概念[17]. 3期杨骥等:活性碳纤维在环境保护中的应用275212 水体中腐植酸的去除[19] 腐植酸以不同的结构广泛地分布在自然界中,而且一般很难被生物降解.腐植酸可能是自来水氯化消毒过程中T OX的主要贡献者之一.它还是三卤甲烷有毒副产物的主要母体物,而且是一种强络合剂.因而处理水中腐殖酸受到了愈来愈多的重视.采用ACF电极的电化学方法可以高效地去除水体中的腐植酸.213 造纸黑液的处理[20] 造纸黑液是以碱法或硫酸盐法制浆过程中蒸煮后产生的废液.治理黑液的方法很多,除了较成熟并工业化的“蒸发2浓缩2燃烧2苛化”回收碱的方法外,大多数治理方法都不能彻底解决污染.用活性碳纤维电化学法对造纸黑液进行处理,首先去除其中的类腐殖酸物质,再结合其它方法,对黑液的的去除具有明显的果.色度,CODcr214 含油废水的处理[21] 对于含油废水一般的生物法直接处理并不可行.由于油田长期使用化学法处理,每天要添加大量化学物质至水中,所以大多数含油废水具有较高的电导率,这就是电解气浮处理含油废水的必要条件.可溶解性电极电解,一般用铝和铁作阳极,不锈钢筛网或板作阴极,电解过程中耗费大量的钢材,增加了成本.通过采用石墨、活性碳纤维等不溶性阳极,并以铝作阴极,尝试用电解气浮法对含油废水的处理进行了研究,实验表明,该方法可以高效气浮处理含油废水.215 与生物法相结合脱氮除磷[22—24] 电极2生物滤池是以活性炭生物滤池为主体,引入电极系统.由于阳极和阴极不同的电化学反应,使反应器内造成微区域或局部区域的好氧与厌氧的交替环境.该反应器在作为普通生物反应器去除有机物的同时,还具有作为电极2生物反应器特有的直接高效反硝化的效果.216 电化学杀藻 富营养化导致水体中藻类的过度繁殖,特别是引起浮游藻类(主要是蓝藻属)的爆发.如果饮用水被含有毒性的蓝绿藻污染,将会导致水生动物的死亡并引起人体疾病.采用ACF电化学方法对水体中的蓝藻进行处理,实验表明,电化学氧化能有效地抑制藻类的生长,从而可以达到良好抑藻杀藻效果.参 考 文 献[1] 曾汉民,陆耘,朱世平,用活性碳纤维回收、提取黄金.中国,专利号:8810827410.1998[2] 黄迅,韩宝华,李伯骥,活性碳纤维在环境保护领域中的功用.离子交换与吸附,1990,6(6)∶461—470[3] 贾金平,何翊,黄骏雄,固相微萃取技术与环境样品前处理.化学进展,1998,10(1)∶74—83[4] 贾金平,何翊,新型固相微萃取萃取纤维的研制及性能研究.化学世界,1998,(4)∶46—47[5] Sun T H,Cao L K,J 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L I AO L i2yan(School of Envir onmental Sciences&Engineering,Shanghai J iaot ong University,Shanghai,200240,China)ABSTRACT This paper revie ws the perf or mance of activated carbon fiber(ACF)used in envir onmental p r otecti on. ACF is used in SP ME f or its good pore surface,which is i m portant t o abs or p ti on capability.SP ME with ACF fiber is widely used t o detect m icr o2material in envir onment,including organic chl oride and sulfide.Mean2 while,ACF has g ood conductivity,s o it can be used as electr ode t o reduce the polluti on effectively,such as munici pal sewage,dye waste water,and fulvic acid in water. Keywords:activated carbon fiber,abs or p ti on,electr oche m istry.。
2024年活性碳纤维(ACF)市场发展现状
2024年活性碳纤维（ACF）市场发展现状1. 简介活性碳纤维（ACF）是一种具有高孔隙度和大比表面积的纤维材料。
它由活性碳纤维原料经过高温炭化和气体活化处理而成。
ACF在吸附、催化、导电等领域有广泛应用，并且由于其独特的性能，在新能源、环境保护、医疗等领域的需求不断增长。
2. 市场规模根据市场调研数据显示，活性碳纤维（ACF）市场近年来呈现出快速增长的趋势。
截至目前，全球ACF市场规模已达到XX亿美元，并预计未来几年将保持稳定增长。
3. 主要应用领域3.1 吸附材料活性碳纤维作为一种优秀的吸附材料，在水处理、空气净化等领域中得到广泛应用。
其大比表面积和孔隙结构能够有效吸附有害物质，提高净化效果。
随着城市化进程和环境污染的加剧，吸附材料市场需求将继续增长。
3.2 电池材料ACF在电池材料中有着重要的应用。
其高导电性和良好的储能性能使得活性碳纤维成为电池生产的理想材料。
目前，锂离子电池等新能源电池的快速发展推动了ACF 市场的增长。
3.3 催化剂载体活性碳纤维常被用作催化剂的载体。
其大孔隙结构和高比表面积有利于催化剂的分散和反应过程的进行。
在化工、石油等领域，催化剂载体的需求日益增长，带动了ACF市场的发展。
3.4 医疗领域活性碳纤维在医疗领域有广泛的应用，如人工器官、生物医学材料等。
其生物相容性和孔隙结构的特点使其成为医疗材料的理想选择。
随着人口老龄化程度的加剧和医疗技术的进步，ACF在医疗领域的市场将持续增长。
4. 市场发展趋势未来ACF市场的发展将呈现以下趋势：4.1 高性能化随着技术的不断进步，活性碳纤维的性能将不断提升。
纤维材料的制备工艺和表面改性技术的创新将使ACF具备更好的吸附性能、导电性能和化学稳定性，满足不同领域的需求。
4.2 新能源需求增长新能源领域对ACF的需求将继续增长。
随着可再生能源的快速发展，对电池和储能材料的需求将增加，进一步推动ACF市场的扩大。
4.3 环保意识提高全球环保意识的提高将促进活性碳纤维在污染治理和环境保护领域的应用。
活性炭有哪几种型态 -各有什么使用特点
活性炭有哪几种型态? 各有什么使用特点?
活性炭通常按形态分为粉末炭（PAC）、颗粒炭（GAC）以及活性炭纤维(ACF)。
（1）粉末炭（PAC）活性炭的粒径小于0.074mm（200目）为粉末炭。
由于其粒径小，比表面积大，在水中具有优良的扩散度，可与吸附质充分接触，因而吸附速度快，吸附效果好，且投加使用简便灵活，对水中的臭味、色度和难以降解有机物有较好去除效果，一般和混凝剂一起连续地投加于原水中，经混合、吸附水中有机和无机杂质后，大部分在沉淀池中成为污泥后排除，用于季节性水质恶化时、水污染突发事件的应急处理和微污染水源水的净化处理。
另外还可与分离膜技术联用如粉炭-超滤（或微滤）（PAC-UFP），此工艺即可有效发挥粉末炭的吸附作用，将溶解有机物去除，降低膜污染，又可通过膜将粉炭分离。
（2）颗粒炭（GAC）有无规则颗粒和柱状（木屑加黏土烧制）两种。
用目或mm标注。
形成滤池中的滤料吸附床，饱和后可再生。
颗粒活性炭是应用最为广泛的品种。
（3）活性炭纤维（ACF）是一种新型吸附材料。
是活化后的有机碳纤维，加工成毡。
具有发达的微孔结构，纤维间的孔隙有大孔作用，便于吸附剂与吸附物质接触。
另外纤维的微孔几乎在表面，容易吸附，吸附容量比颗粒炭大。
对芳香族化合物的吸附系数是粒状炭的5～10倍。
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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具有理想的微孔结构和较高的比表面积。
活化:是指碳化纤维经活化剂处理后，产生大量的空隙，并伴随着比表面积的增大和重量损失，同时形成一定量的活性基团的过程。
活化条件和程度影响产品的结构和性能。
影响活化的主要因素有：活化剂种类、活化温度、活化时间、活化剂浓度。
以丙烯烃系、沥青系为例，图1、图2分别介绍了丙烯烃系、沥青系ACF制造工艺流程。
3活性炭纤维的结构与性能碳纤维经活化后，原纤维的结构被破坏，局部形成类石墨微晶，碳原子以乱层堆叠的类石墨微晶片层形式存在:由于微晶片层在二维空间的有序性较差，平均尺寸非常小[7]，同时碳化及活化过程形成的结构缺陷，所以构筑了ACF相互交织的微孔网络[8-9]。
3.1活性炭纤维的微观结构ACF以其表面大量的不饱和碳构筑成了独特的吸附结构，它是一种典型的微孔炭，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”[10]。
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，具有极大的表面积，也就造就了微孔相对孔壁分子共同作用形成强大的分子场，提供一个吸附态分子物理和化学变化的高压体系。
ACF不含有大孔，其微孔占大多数。
当微孔与分子尺大大小相当时，在范德华力的作用下，相距很近的相对孔壁的吸附场发生叠加，引起微孔内吸附势的增加。
ACF外表面积的孔口多，容易吸附和脱附，而且吸脱行程短，吸附质到达吸附位的扩散路径较GAC 短，驱动力大，因此ACF吸脱速率快，吸附容量大，效率高。
3.2活性炭纤维的吸附性能ACF的结构特征属于非极性吸附剂，在多数情况下，比表面积和孔径是影响吸附性能的关键因素。
表3-1列出日本群荣化学工业公司生产大的商品酚醛基ACF及其他类型ACF的性能[4]。
表3-1 ACF性能比较种类纤维直径(um)比表面积(m2/g)外表面积(m2/g)微孔容积(ml/g)平均孔径(nm)抗张强度(kg/mm2)酚醛基9-11 100-2300 1.0-1.2 0.5-1.2 1.5-3.0 30-40粘胶基15-18 1000-1500.2-0.7 1.0-1.6 7-10聚丙烯腈基6-11 700-1200 1.5-2.0 2.0-3.0 20-50沥青基10-14 1000-2000.5-1.1 1.5-4.5 10-18图2 沥青系活化碳纤维的制造工艺流程种类弹性模量(kg/mm2)伸长(%)燃烧温度(0C)苯吸附率(%)碘吸附量(mg/g)亚甲基蓝脱色力(ml/g)酚醛基2000-3002.7-2.8 470 38-40 950-2200 310-380粘胶基1000-20030-60聚丙烯腈基7000-800<2 20-45 100-150沥青基400-640 2.4-2.8 460-480 1000-200250-350粒状活性炭30-35 70-80吸附的发生是由于吸附质分子与吸附剂表面分子发生相互作用。
根据这种相互作用强度的大小，一般把吸附过程分为两大类:化学吸附和物理吸附。
当相界面上存在不平衡的物理力时发生物理吸附，而当相邻相的原子和分子在界面形成化学键或准化学键时发生化学吸附[11]。
ACF是一种典型的微孔炭，孔隙直接开口于纤维的表面，孔径分布窄，主要以微孔、亚微孔为主，比表面积大，吸附容量大，其表面大量的不饱和碳构筑成了独特的吸附结构。
ACF含有许多不规则结构，如杂环结构或含有表面官能团的微结构，使其具有极大的表面能。
活性炭纤维的微孔与相对的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，这是造成活性炭纤维比粒状活性炭比表面积大、吸脱附速率快、吸附效率高的主要原因[12]。
吸附性能还受表面化学性质的影响，吸附剂在制造过成中会形成一定量的不均匀表面氧化物，其成分和数量随原料和活化工艺不同而异。
表面氧化物成为选择性的吸附中心，使吸附剂具有类似化学吸附的能力。
ACF表面的化学官能团、杂原子和化合物决定了活性炭纤维表面的化学吸附位。
ACF 属于非极性吸附剂，对水溶液中的非极性或弱极性吸附质有很好的吸附效果，但是吸附具有一定极性的溶质就有困难。
ACF表面酸性基团越丰富越有利于其对极性溶质的吸附，碱性基团越丰富越有利于吸附非极性或者弱极性物质。
ACF另一引人注目的性能特征便是高的吸附速度。
对于气体的吸附，一般能在数十秒或数分钟内达到平衡[13]，对液体的吸附也仅需几分至几十分钟就达平衡。
ACF的高吸附速率，使它在实际应用上比其他吸附材料更优越。
它不仅可以缩短吸附操作周期，减少设备体积，实现自动化，而且能适用于一些特殊的快速处理的环境。
4活性炭纤维的实际应用ACF的应用相当广泛，可用于废水处理，空气净化，医疗卫生，溶剂回收，催化剂制造等。
4.1水处理ACF广泛用于处理工业用废水，去除气体及恶臭物质，水溶液中的无机物、有机物及贵重金属等离子，微生物及细菌，低浓度吸附的吸附回收。
用于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。
净水用的ACF，可用浸渍法使ACF的孔隙中充满特殊的液状合成抗菌剂，经干燥，抗菌剂可牢固地固定在ACF内，特别适用于家庭用净水器。
家用小型净水器则是多种多样，日本开发的超小型净水器可适用于旅行、野营、登山和救灾人员，具有过滤、除臭、灭菌和把硬水变为软水的处理。
对水质的处理具有特殊的功能，在污水处理中，采用ACF吸附往往用于二级处理或三级处理。
将ACF用于环保工程中其操作安全，由于体密度小和吸脱层薄，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池的处理，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 还可用于水厂及糖厂的净水装置，可达到脱色、脱臭和去除有机物的目的。
4.1.1有机废水的处理随着工业化生产的发展和城市人口的增加，都市区内的生活废水处理量已越来越大。
在废水中特别是工业废水中的有机污染物有大量增加的趋势，并且化工、冶金、炼焦、轻工等产业中的废水为最主要的污染源，其含有的有毒物和有害物已在对生态环境构成威胁。
ACF适用于各种有机废水的处理，可对含氯废水、制药厂废水、苯酚废水、有机染料废水、四苯废水、已内酰胺废水、二甲基乙酰胺和异丁醇废水进行处理。
其吸附能力比粉末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 的吸附量约为粉末活性炭的3倍。
在升高温度后，其吸附能力提高。
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，其去除率高达100%。
含钇的沥青基ACF可有效的吸附酸性染料，如酸性蓝9 酸性蓝74酸性橙10 、酸性橙51等，也用于直接染料如直接蓝19 、直接黄11、直接黄50及碱性染料的碱性棕1、碱性青紫3等。
对炼油废水和处理结果表明，用ACF处理炼油废水其对浊度的有效净化率为100%。
挥发酚为100%，COD 为88.3%，油98.4%，并对二氧化硫、二氧化碳、碱度、硬度和磷酸盐均有净化作用。
对高浓度和成分复杂的页岩油干馏废水的处理后COD 可达低于2000mg/L，用于处理出水的COD 低于1000mg/L。
4.1.2无机废水ACF对金属离子具有较好的吸附性能，可吸附水中的银、铂、汞、铁等多种离子并能够将其还原。