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简述全球活性炭纤维生产与医学等领域的应用情况

行业资讯 / 2021-11-25 00:24

本文摘要:一、前言 作为粉状、粒状之后第三种形态活性炭(AC)的活性炭纤维(ACF),其研发生产已近三十多年。三十年来,这一材料在前驱体的不断扩大、生产技术的改良、应用面的推展等有所不同方面在国内外都有相当大的发展。 根据涉及资料讲解,美国地区1998年的时候ACF的售价居然高达220美元左右,约通人民币1800元。

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一、前言   作为粉状、粒状之后第三种形态活性炭(AC)的活性炭纤维(ACF),其研发生产已近三十多年。三十年来,这一材料在前驱体的不断扩大、生产技术的改良、应用面的推展等有所不同方面在国内外都有相当大的发展。

根据涉及资料讲解,美国地区1998年的时候ACF的售价居然高达220美元左右,约通人民币1800元。日本当时堪称是ACF的生产大国,但与其它形态的活性炭(AC)比起,其生产和需要量可说是微乎其微例如日本目前粉状和粒状AC每年需要量大约为10万吨,而ACF的量仅有为300吨左右。在1994年的时候曾报导其主要厂家的生产能力就已约700吨/年。1998年左右期间,日本AC的市场售价粉末状每公斤450-500日元,粒状为450-650日元,ACF则随原料、质量和形态(毡、垫、布、纤维等)的有所不同,价格各异,其平均值大体为每公斤3000-8000日元口(约合人民币200-550元)。

尽管日本当时生产ACF的公司不多达10家,但利用ACF的先前产品厂家(如溶剂回收、净化器、空气净化器等厂家)估算在200家以上。日本的ACF已成熟期地应用于有所不同规模的溶剂回收装置中,是ACF的主要工业制品用户。只不过,活性炭纤维(activatedcarbonfiber,ACF)亦称纤维状活性炭,是性能高于活性炭的一种多孔性纤维导电材料和环保工程材料,其多达50%的碳原子坐落于内、外表面,构筑成独有的导电结构,被称作表面性液体。

它还具备强度较高、耐高温、不应粉化、加工成型性好等特点,可做成毡、布、纸等有所不同的性状,以及耐酸和碱生锈、可再生、对环境友好的特性。这些结构特性使活性炭纤维具备广谱的导电性能、大的导电容量和更加慢的导电和脱附速度,使得其一问世就获得人们的普遍注目和深入研究。二、活性炭纤维的发展总结  早在1962年期间,美国专利首次牵涉到到ACF技术,Abbott以粘胶纤维为原料。

展开炭化和活化等处置后顺利地做成了ACF;同年,日本入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,东洋纺织公司做成高性能粘胶基ACF和再造ACF;1983年,日本炭素公司和尤尼吉卡公司研发生产沥青基ACF;1977年,商品粘胶(纤维素)基ACF问世。其后聚丙烯腈(PAN)恩、酚醛恩、沥青恩陆续构建工业化生产。日本是研发ACF*早于的国家。

日本的东洋纺织公司于1975年构建了工业化生产。在20世纪70年代,己开始应用于有机物碳化技术的成果,由于迎合环境保护等的拒绝以求发展,受到各国研发研究人员的紧密注目,现沦为当代世界研发的热点项目之一,并由此转入工业化的发展时期,总产能力为1000吨/年。

只不过,活性炭纤维(ActivatedCarbonFiber,ACF)也是20世纪70年代后期在高性能碳纤维基础上发展一起的一种新型高效活性导电材料和环保工程材料,是在碳纤维技术和活性炭技术相结合的基础上发展一起的,时隔粉状和粒状活性炭(GranularActivatedCarbon,GAC)之后的第三代活性炭产品。ACF具备比表面积大,微孔含量非常丰富,孔径产于较宽,吸脱附速度快,再造能力强劲,而且导电、热膨胀系数小,耐腐蚀,导电性能和导电动力学不道德比活性炭AC更加出色,目前已普遍应用于环保、电子、医用公共卫生、化工等领域。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积极开展了ACF的研究工作。

90年代以来,我国在ACF的研究和生产方面也获得了相当大变革,ACF的生产能力已约数百吨。如1995年鞍山东亚碳纤维有限公司竣工年产45吨的沥青基CarboflexACF生产线。

此外,秦皇岛紫川炭纤维有限公司是国内生产粘胶基ACF及其制品的规模较小的专业化企业之一。三、活性炭纤维主要生产技术  目前活性炭纤维的生产主要是聚丙烯腈基和沥青恩、黏胶恩,其他炭纤维很少,下面以3种生产工艺技术居多展开讲解。

1.沥青恩活性炭纤维生产工艺  沥青恩活性炭纤维又分成通用型沥青恩活性炭纤维和高性能沥青恩活性炭纤维2种。1.1通用型沥青恩活性炭纤维生产工艺  再行将石油沥青展开调制处置和熔融纺丝,再行展开碳化处置即得炭纤维。

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通用型沥青恩活性炭纤维一般不能用于复合材料强化剂、吸附剂、文体用品等,因此对沥青的预处理没太高的拒绝。1.2高性能沥青恩活性炭纤维生产工艺  高性能沥青恩活性炭纤维的生产原料为中间互为沥青,自由选择中间互为沥青的生产方法主要根据原料的性质、构成来确认,对氮、氧、硫含量较高的原料须要展开预处理;对组分重的原料要展开改质使其缩聚。热聚合工序是生产中间互为沥青的关键工序,其工艺条件是研究的重点。

以中间互为沥青为原料制取沥青恩活性炭纤维的方法如下:中间互为沥青经熔融纺丝做成沥青纤维,沥青纤维展开不熔融处置做成不熔融沥青纤维,不熔融沥青纤维经碳化和石墨化处置做成高性能沥青恩炭纤维,*后把沥青恩炭纤维活化就可以生产出有高性能沥青恩活性炭纤维。由于沥青恩活性炭纤维生产项目投资大、风险大、技术不受封锁等原因,所以中国国内沥青恩活性炭纤维工业发展缓慢。2.聚丙烯腈(PAN)恩活性炭纤维生产工艺2.1聚丙烯腈恩活性炭纤维生产工艺概况  聚丙烯腈恩活性炭纤维的结构是无定形石墨碳,所含六角碳层,碳层中有各种尺寸的缝隙,而且自小缝隙到大缝隙依序排序。

由聚丙烯腈原丝制取聚丙烯腈恩活性炭纤维的工艺流程如下:PAN原丝→实水解→700℃以下碳化→低于700℃碳化、活化同时展开→表面处置→卷取→聚丙烯腈恩活性炭纤维。2.2黏胶恩活性炭纤维的生产工艺  制取黏胶恩活性炭纤维的生产工序如下:黏胶恩纤维→水洗→催化剂风干→碳化→活化→表面处置→黏胶恩活性炭纤维。第1阶段:温度为25-150℃,脱除物理导电的水分,不利于高温脱除结构水。第2阶段:温度为150-240℃,脱除分子结构内的水,分解羰基、酮基、烯醇基或羧基的链段。

温度为240-400℃时为白热化反应区,主要是2个竞争反应。一是1,4一苷基热降解分解水解的环,1,6一苷基水解分解左旋葡萄糖,并在较高温度下转化成为焦油;二是水解纤维素的环更进一步深层次水解分解水解纤维素,环内热稳定性劣的C-C和C-O热降解分解C4残链。

第3阶段:温度为400-700℃,C4残链芳构化,缩聚为6个碳原子的石墨层片,当温度低于700℃时,缩聚层面很快不断扩大,排序逐步有序化,转化成为乱层石墨结构。四、活性炭纤维在医学等领域的应用于情况活性炭纤维的应用领域是*普遍的,然而,它不仅是一个非常简单的使用,其中不存在着一个研究和研发的过程。与GAC比起,ACF及其系列产品耐热性能好,非常丰富且繁盛的微孔,微孔孔径固定式,比表面积大,导电容量大,导电速度快,再造更容易较慢,脱附完全,经多次吸脱附后仍维持原先的导电性能,对10-6级的导电质维持很高的导电量。不不存在二次污染、更容易再造、体密度小、漏损小、导电层外壳,会产生类似于颗粒碳或蜂窝碳导电装置因热积蓄而不易产生自燃发生爆炸的危险性,操作者便利、安全性。

在有所不同的行业应用于中,反映出有它的有所不同的类似功能。在环境保护、电子工业、化工、低成本SiC纤维、医疗卫生、劳动保护等领域有普遍的应用于。

1.医学领域的应用于Rayon—ACF的无毒性使其在医学领域获得了普遍的应用于。由于ACF具备化学稳定性、热稳定性及电磁辐射稳定性,因而用于各种消毒方法展开消毒时,其会再次发生任何变化。

ACF对人体中外源性毒素的导电*有效地,在血液过滤器、内服止痛及外伤毛巾与化疗方面都有最重要用途。医药卫生方面活性炭纤维在医疗器械、医用材料、医用净水、空气净化等方面具有辽阔的应用于前景。在长年留存的血液中,血小板及白细胞等易子集成块,同时血液中的组胺和血清素明显增加,组胺过量不会危害人体身体健康,血清素过量也不会使人产生生理反应,因而在器官移植前必需除去血液细胞及蛋白质构成的微小血栓。

为此,医学上用于了血液净化装置,净化装置内部填满粒状活性炭,虽然也起着净化效果,但粒状活性炭与血液起到的表面积小,无法充份吸取组胺等有害物质,且不易再次发生“堵眼”。近年来,使用活性炭纤维做成的机织物或无纺布获得了较好的效果。另外,用活性炭纤维可以替代活性炭生产人工脏器(如人工肾脏、人工肝脏)的辅助装置。

活性炭纤维导电能力强劲,再造性能好,可以用有所不同方法和条件掌控活性炭纤维的结构和微孔孔径,有选择性地除去身体中所不必须的有害物质,保有身体中所必须的物质。此外,活性炭纤维的可加工性强劲,会有微粉之类物质转入体内或血液中,也会沉淀出对身体危害的成分,是替代活性炭的理想材料,并可使人工脏器小型化而便于装载。另外,用活性炭纤维毡作为夹层的防火墙、防化口罩早已面市。

具体做法是用熔喷法在活性炭纤维的两面必要熔喷超细纤维,超细纤维与活性炭纤维毡自行接合、冷凝而构成均匀分布的网膜。用这种复合材料做到口罩的车顶芯,具备纺丝、成布及接合一次成型的特点,其工艺流程较短、成本低、活性炭纤维容易开裂。

纤维结构中用于超细纤维具备高效的过滤器性能和高斥液性,起着细菌屏蔽起到,用这种方法做成的口罩具备防火墙、防化、防尘、防菌的效果。此外,通过在活性炭纤维上阻抗铂、钯等金属离子,可转变活性炭纤维表面的物理化学性质,有效地超过脱除CO等危害气体的目的;在活性炭纤维上阻抗银离子,能超过除菌、净化饮用水的目的。2.环保领域的应用于  在工业化发展及人类生活水平提升的同时,环境污染已沦为社会众多公害,严重威胁着人类身体健康。ACF以其独有的结构与导电特性在此领域倍受青睐。

  2.1空气净化  空气中不存在的对人体危害的气体主要是硫和氮的氧化物、硫化氢、有机挥发物组分及臭氧等。另外,利用比表面积大的ACF,可有效地除湿和导电空气中所不含的臭味及烟气中的致癌物质。2.2水的净化  ACF独有的微孔结构、极大的比表面积及多种官能团,使其在废水处理中的导电特性显著高于活性炭,具备导电容量大、导电速度快、脱附速度快、灰分较少、处理量大、且用于时间宽的优点。

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ACF对工业废水及生活污水的处置有其独有的效果,它限于于各种有机废水的处置,对于化工、冶金、炼焦及轻工业产业产生的废水,可有效地除去颜色、气味、油份、氯化物及苯酚等,也可以除去生物无法水解的物质,并对二氧化硫、二氧化碳、碱度、硬度和磷酸盐等都具备净化起到。而在污水处理中,使用ACF导电往往用作二级处置或三级处置。将ACF用作环保工程中其操作者安全性,由于体密度小和吸脱层厚,会导致蓄热和短路现象.也容易再次发生事故.且节约能源和经济,可用作大型上水净水池的处置,不仅净化效率高,而且处理量大,装置灵活占地面积小,设备投资小和效益低。ACF还可用作水厂及糖厂的净水装置,可超过脱色、脱臭和除去有机物的目的。

2.3溶剂回收  由于ACF具备导电量大且导电速率慢的特点,使其在溶剂回收方面以求应用于。ACF能从低浓度废气中重复使用具备反应活性的有机溶剂,并可用作传统粒状活性炭无法重复使用的其他溶剂场合。这是因为ACF中的金属杂质较少,因而在导电床上所再次发生催化剂单体的几率小,而且吸食、脱附速率慢,使其在吸食、脱附过程中再次发生分解成或单体的几率小,可有效地将工业加工生产的较低沸点化合物、脂肪族化合物、及某些危害人体身体健康的有机溶剂、毒剂、腐蚀性溶剂等脱除并重复使用,既增加了环境污染和对人身的危害,又可使溶剂获得重复使用再行利用,且用ACF重复使用的溶剂质量品质低于AC。此外,还具备重复使用装置小巧,吸食、脱附周期短,省时节能,操作者安全性等特点。

2.4贵金属重复使用  ACF对无机废水中的金属离子也有较好的导电效果,可导电金、银、铂、汞、镉等许多重金属离子,并将其还原成重复使用处置。水解一还原成功能,是ACF的基本特征之一。在有色金属行业中,ACF用作炭浆法提金,在国内获得了专利,并已展开工业化生产应用于。

ACF用炭浆法提金,炭纤维磨损率较低,增加了金的损失;而且对金的导电容量大,导电时间以及吸附平衡时间大大减少,解释在生产应用于上可大大缩短提金时间,而且更容易再造,重复用于效率不减少。曾汉民等利用ACF的水解还原成功能,指出其对Au3+、Ag+、Pd4+等贵金属离子有较好的水解一还原成导电性能,它能导电大量高电位的离子,并将其还原成为单质金属或较低水解态离子,而且扣除金属呈圆形纳米状态阻抗于ACF上,从而将贵金属重复使用、分离出来和再行利用。  随着纳米材料的研发,可将ACF用作钠米复合材料,使其向低功能化、表面官能团特殊化的方向发展,作为更新换代产品,对环境保护具备*最重要的起到和意义。

3.电子工业领域的应用于  利用ACF的比表面积大,细孔孔径高、耐酸碱、导电性能及化学稳定性好等特点,可用作生产电池电极、电容器等电子产品部件。具备存储容量大、电导率低、在空气中用于平稳、体积密度小、可多次重复用于的特点。特别是在是双层电容器,容量是普通铝电解电容器的100万倍,可用作IC、LSC及超强LSC的小型存贮*性电源,防止因电力供应等事故而给计算机带给的不可估量的损失。

日本松下电器公司为此创建了ACF布生产线,专门生产小型高效电容器。同时还可生产专用于照相机、电子表等用的微小电流电源,还可研发用作大电流静电的双层电子电容器。有些电子元件,如电阻型湿度检测元件等,长年工作于被污染的环境中,电阻值与湿度的相关性不会发生变化,造成测量精度上升,若用ACF制作多孔吸滤车顶将该元件维护一起,则可避免上述问题,从而可以维持其检测灵敏度。

比表面积大的ACF还是捕集太阳光能的较好黑体,它的导电亲率大,更容易构建光能向热能的切换,而且ACF比金属重得多,便于加装和用于。此外,ACF在电极材料、派驻电容器等方面也有相当大的应用于潜力。


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