專利名稱：活性炭纖布的連續(xù)式制造方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于活性碳纖布的連續(xù)式制造方法及裝置，尤指一種使用纖維布為前驅體，經一連貫的前處理、氧化處理、碳化處理及活化處理而制成活性碳纖布的制造方法及其裝置。本案亦涉及使用業(yè)經氧化處理的氧化纖維布為前驅體經連續(xù)的碳化及活性化處理而成為布狀活性碳的制法及裝置。
按活性碳是一種具有優(yōu)越的吸附及脫色、脫臭等能力的材料，因此，被廣泛地應用于化學防護及環(huán)保衛(wèi)生的公害防止等各方面。惟傳統(tǒng)活性碳的形態(tài)皆以粉末或顆粒為主，在應用時，常受其型態(tài)的限制，并常造成補充更換上的困擾，因此，近處來，以纖維材料作為前驅體而制纖維狀或織物狀的活性碳的開發(fā)研究乃應運而生，蓋因此種形態(tài)的活性碳具有易于成形并保持各種形狀的特性，因而得以適應各種用途而擴大應用范疇，諸如應用于化學防護、防毒衣、防毒面具等，此一實破性成果，不僅為活性碳工業(yè)的發(fā)展豎立了一個新的呈程碑，并且也為纖維工業(yè)開創(chuàng)另一具有高附加價值的新素材。
據查有關纖維狀碳纖維的制造方法有例如日本特許公報昭60-45123號的使用丙烯腈纖維加以氧化及活化處理成活性碳纖維；日本公開特許公報昭59-19989號的使用短棉纖維加溫碳化成活性碳纖維；日本公開特許公報平3-199427號及平3-206126號的使用瀝清纖維活化處理成為球狀纖維塊活性碳等等，由于所得制品為集束條狀纖維形態(tài)，在甚多應用上因不會像粉末或顆粒狀活性碳散落、流失等而甚方便，但因碳化后的纖維在強度上不適編織成布，在需要編織布形態(tài)使用較有利之處，仍感不方便。
近來有人直接用纖維織物為前驅體加以處理成為織物狀即布狀活性碳，主要是以批次方式處理，每批次僅能以一定量處理，生產量受到相當限制，且因各部份所接受溫度分布不均及易集結焦油的影響，而難獲得品質均一的制品，此外，每次處理時，處理處及處理品均須經升溫及降溫，而形成時間及能源的浪費，為其亟等改善解決之問題。
發(fā)明人等有鑒于此，經長期的研究、實驗、分析、遂完成本案活性碳纖布的連續(xù)制造方法及裝置。
是以，本發(fā)明的主要目的在提供一種活性碳纖布的連續(xù)式制造方法，使用纖維素纖維如粘液嫘縈、多元纖維等織物為前驅體經一連串的氧化、碳化及活化處理而制成品質均一、質輕、高微孔性、具吸附能力甚強且吸附速度迅速的活性碳纖維布。
本發(fā)明的次一目的在提供一種活性碳纖布的連續(xù)式制造裝置，構造簡單，設備費用低廉，且能使用纖維織物為前驅體，以高效率連續(xù)大量而迅速制造活性碳纖布者。
本發(fā)明的又一目的，在提供一種活性碳纖布的連續(xù)式制造方法及裝置，使用氧化纖維布為前驅體，經連續(xù)的碳化及活化處理而制成上述高吸附能力、高微孔性的活性碳纖維布。
為達成上述目的，本發(fā)明主要是使用纖維素纖維布，特別是粘液嫘縈布或多元纖維布為前驅體，先經水洗、耐燃藥品浸漬、壓吸、干燥的前處理之后，以卷筒布的形態(tài)引出，并在張力狀態(tài)下導入直立式氧化爐中，經氧化處理成為耐熱性氧化纖維布，再將此導入下段通有隋性氣體而上段通有活化氣體的立式高溫碳化、活化爐中，進行碳化及活化處理，而制成活性碳纖布。在本發(fā)明的另一實施例中，則采用經已氧化處理而成的氧化纖維布為前驅體。并直接導入上述后半階段的碳化、活化爐中進行碳化、活化處理，而制成活性碳纖布。
以下茲依照附圖就本發(fā)明的具體實施例詳述之按

圖1乃示本發(fā)明制法流程圖；圖2表示本發(fā)明連續(xù)制造裝置的示意圖。
如圖1所示，做為本發(fā)明前驅體的纖維素纖維織物1，如粘液嫘縈纖維布，多元纖維布等，首先經內含有一般適合的洗液的洗槽2洗凈之后，經施以脫水、烘干3，繼之，經一般耐燃劑藥液浸漬處理4之后，加以重覆壓吸5二、三次再予烘干6而完成一般之前處理，經此前處理后的纖維織物經卷成筒部后，亦可直接喂入氧化爐A中施以連續(xù)的氧化7，而可制得氧化纖維物1a。此氧化纖維物1a隨之被導入碳化、活化爐B中經連續(xù)碳化8及連續(xù)活性化9之后，即可制得活性碳纖布1b。在另一實施例中，如使用事先已經氧化處理的氧化纖維布為前驅體，則程序1-6的處理可免之。在碳化8及活化9過程中，爐內B分別導入惰性氣體N2及活化氣體CO2。
圖2乃示本發(fā)明裝置的主要部分配置圖，其乃包括前段的連續(xù)氧化裝置及后端的連續(xù)碳化、活化裝置的兩部份串列而成。按織成的纖維織物1，一般使用如粘液嫘縈、多元纖維織成布，是經由第一傳動裝置10的饋入滾筒11及張力滾筒裝置12牽引導入氧化爐A內，氧化爐A的下端部設有供導入及導出纖維布用的分隔導板13，上端部則呈開放以供熱氣排出。此出口部并懸掛有一導向滾輪14，纖維織物1的速度及張力分別經由控速馬達M1及張力裝置12調適后，由氧化爐A的下部向上導入爐內實施氧化處理，再繞過滾輪14由上向下導出爐外，而成為氧化纖維布1a。此氧化爐包括內、外爐壁15、16，內外爐壁15、16間安設有加熱裝置，最好是電熱裝置17，但使用其他熱源亦無不可，以便使爐內溫度能由下至上由低而高，通常為由最低30°至最高350℃盡量均勻分布，這可使用多段獨立控溫的電熱裝置將爐內分成多區(qū)而達成。在一實施例中，例如可分成三區(qū)，X1-X3，溫度分別設定為30°-150℃，150℃-250℃及250℃-350℃而達成。
經氧化處理成為氧化纖維布1a自爐內導出之后，藉第二傳動裝置20的第二饋入滾筒21及第二張力裝置22以同步操作地導入碳化、活化爐B內，以便接受碳化及活化處理。此碳化、活化爐B基本與氧化爐A類同，亦具有內、外爐壁25、26及加熱裝置27，并將爐內分為多區(qū)，在本實施例中為四區(qū)，y1-y4，溫度由低至高分別設定為例如300°-500℃，500°-700℃，700°-900℃，900°-1200℃，而在最下區(qū)y1的略上方及最上區(qū)y4的略下方分別設有貫穿爐壁直通爐內的通氣管28a、28b，以便將惰性氣體N2及活化氣體CO2噴入碳化區(qū)及活化區(qū)內。在爐B的下部設有入口側氣體隔絕箱23a，其氧化纖維布1a的進口處設有氮氣氣幕231以防止外氣進入爐內，但氧化纖維布1a則可進入箱內，再由導向滾輪24a由下方導入碳化、活化爐B內。爐B的上方由內爐壁25向上延伸突設的。部分設有一排徑向廢氣排出口29，上端則連設一構造與入口側氣體隔絕箱23a相同的出口側氣體隔絕箱23b，經碳化、活化的纖維布1b是入此箱23b后，由導向滾輪24b水平導出外部。箱23b的出口處則設有氮氣氣幕裝置231，以防止外氣進入爐內?；钚蕴祭w維布1b隨后為由馬達M3驅動的送出滾輪30送出并收集于收集袋31中或卷取于卷取筒上。如此纖維布1可經由連續(xù)的輸送、氧化、碳化及活性處理而制得活性碳纖布以供各種用途使用。
在另一實施例中，如纖維布已先經過氧化處理成為氧化纖維布1a時，而以此氧化纖維布1a為前驅體時，則該前驅體可如虛線表示，不經氧化爐B，而直接由第二傳動裝置20傳送進入碳化、活化爐B內進行碳化、活化處理，而得活性碳纖維布1b。
在上述實施例中活化氣體雖使用CO2，但并不限于此，亦可采用水蒸氣、氧氣。在碳化及活化應時所產生的廢氣雜物如CO、H2、CO2、H2O及焦油等是由排氣口29排出去，以免污染處理的纖維布成品及爐壁。
(實驗例1)使用市售的螺縈布(20′S/4規(guī)格)經以硫酸銨(7％W/V)加磷酸氫二銨(3％W/V)耐熱藥液浸漬、壓吸等前處理之后，經送入最高溫度控制在300℃左右，輸出速度控制在60cm/hr的氧化爐A中施以氧化處理，隨后送入碳化、活化爐B中，在最高溫度控制在1000℃左右，進行碳化、活化處理之后，得活性碳纖布1b。
(實驗例2)將同樣的制法適用于不同溫度及速度的碳化、活化處理，得各種不同的活性碳纖布試樣，經以掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察其面孔洞結果如圖3至圖6的顯微照片所示。圖3為經過950℃高溫，速率7.0處理后的活性碳纖布的表面形態(tài)，仍呈織布狀態(tài)，未被破壞。圖4為將圖3的布的纖維加以放大的纖維表面，圖5及圖6是將在不同溫度及速度條件下抽制得的纖維絲加以再放大的纖維表面照，可清楚看出纖維表面生成無數不規(guī)則形狀的孔洞，而具有優(yōu)異的吸附性能。圖7表示纖維未經處理時其表面形態(tài)，此時表面并無孔洞生成，但經過碳化、活化處理之后，如圖8所示，纖維表面生成無數孔洞。將其中一單絲抽下以穿透式電子顯微鏡(TEM)觀察其橫斷面，顯示纖維不僅表面，連斷面亦生成無數孔洞，其對氣相及液相吸附均具有優(yōu)越的性能。(請參照圖9)(實驗例3)將四種活性碳纖布以氮氣等溫吸附測試分析，得如下表1所載的結果。試 樣S1S2S3S4BET比表面積 m2/g 1652161915431468中型孔洞面積 m2/g 441.5 402.8 278.9 230.6微型孔洞面積 m2/g 1340123812111140總孔洞體積(×10-3) CC/g 11141034981.1 878.0微型孔洞體積(×10-1)CC/g 7.025 6.556 6.270 5.967平均孔徑半徑 A 13.49 13.41 12.12 11.96(實驗例4)氣相吸附性能實驗將活性碳纖布利用氣體吸附實驗設備探討硫化氫的吸附性能，強果獲得BET比表面積在1015m/g以上，孔洞體積在0.6267CC/g以上，對硫化氫具有極佳的吸附效果。在容許濃度界限的安全指數10ppm情況下(日本JIS B9901，1978)，單片(厚度約0.4mm左右)的活性碳纖布對硫化氫(濃度250ppm)經60分鐘以上的吸附時，硫化氫滲透活性碳纖布方始超過10ppm(使用氣相層析分析儀，簡稱GC偵測儀偵測)。
(實驗例5)液相吸附性能實驗將活性碳纖布對各種染料溶液的吸附性能在各種不同情況下加以試驗，獲得如下結果1.活性碳纖布對酸性染料、反應性染料及直接染料的吸附脫色比較對酸性染料的吸附效果最佳，其次為反應染料，再其次為直接染料。其中對酸性染料的吸收力可達90％上的效果，直接染料則在50-70％之間，此一效果與粒狀活性碳相同，但初期接觸時間(1時間內)的階段，活性面纖布對于染料的吸收力更為迅速(見圖10的曲線)。
2.不同活化溫度制得的活性碳纖布的性能比較活化溫度愈高的試樣對染料吸附性能愈佳(見圖11的曲線)。
3.不同活化時間制得的活性碳纖布的性能比較隨著活化時間時間愈久(即進料速度愈慢)，活性碳纖布對吸附染料的脫色性能愈佳(見圖12的曲線)。
(實驗例6)活性碳纖布對花卉保鮮度的實驗以活性碳纖布包覆花卉莖部，花卉選用含苞尚未開花者分成兩組(有包覆活性碳纖布者及未包覆者兩種)分別插入裝有125ml自來水的玻璃容器中，于室內環(huán)境中進行花卉保鮮度實驗和水質過濾脫臭實驗。
例1木本類花卉一選用粉紅色玫瑰花，花卉高度約30公分，活性碳纖布4公分寬×8公分長。
實驗結果顯示，有包覆活性碳纖布的玫瑰花的生命力較未包覆活性碳纖布者延長約三倍(見圖13)。又實驗期間觀察花成長情形，發(fā)現有包覆者其花瓣開花綻開，枝葉茂盛，充滿生命力，并增加生命力期間。(另備有照片3張，如有必要申請人隨時可提供參考)。
例2球根類一選用郁金香，花卉高度約為39公分，活性碳纖布5公分寬×15公分長。
實驗結果顯示，有包覆活性碳纖布的郁金香在實驗期間觀察結果有促進花卉更加成長的功能及延后枯萎的效果，花梗的成長程度優(yōu)于未包覆者(見圖14)。又在實驗期間內發(fā)現花卉莖部有包覆活性碳纖布者，其玻璃容器中的自來水保持精徹，水質不會發(fā)出臭味，反之，未包覆者，其容器中的自來水呈淡土黃色，水質產生臭味，由此比較可知活性碳纖布除對花卉有延長生命的效果之外，對水質亦具有過濾及脫臭效果。(備有照片可提供參考)。依據上述說明及實驗例可知本發(fā)明具有下列特點及功效1.纖維織物經由連續(xù)氧化、碳化及活化過程，制成活性碳纖布，流程合理，連續(xù)一貫，易于控制，生產能力高，且所得制品品質均一，性能優(yōu)異。
2.整個構造裝置簡單，設置容易，占地小，易于操控、維修，設備費用低廉。
3.所制得的活性碳纖布，比表面積非常大，可達1400-1700m2/g其孔徑具有獨特的細孔構造，細微度可達5-100A°。
4.所制得的活性碳纖布，可廣泛應用于氣相及液相中的吸附材，而取代粉末狀或顆粒狀活性碳。其吸附能力及吸附速度比后者大10倍以上，如用于溶劑回收方面，可減少容積，降低成本及提高純度。
5.所得的制品，可依用途的需要，予以加工制成各種特性及形態(tài)。
6.至于制品的用途，在氣相方面的應用有諸如有害氣體的去除，空氣的凈化，溶劑的回收，排煙的脫硫等等；在液相方面的應用則有諸如糖精工業(yè)的脫色、精制處理，自來水的凈化處理，污水下水道的污臭處理，染整廢水的脫色、去臭氣處理，石油精制、石油化學排水的吸著處理等等。
7.使活性碳纖布的制造技術完全本土化，不必仰賴國外技術。圖面的簡述圖1為本發(fā)明的活性碳纖布制造方法的方塊式流程圖；圖2是本發(fā)明的活性碳纖布的制造裝置一實施例的示意圖3表示依本發(fā)明所制得的活性碳纖布的組織放大后的局部表面照；圖4表示圖3所示布的纖維表面加以放大后的照片；圖5及圖6乃分別表示依本發(fā)明在不同溫度及速度條件下所得成品的纖維絲表面加以放大的照片；圖7乃示纖維布未經本發(fā)明方法處理時的纖維表面形態(tài)的照片；圖8乃示纖維布經過片理后的纖維表面形態(tài)的照片；圖9表示從圖8所示纖維中抽取一單絲切斷放大的橫斷面照片；圖10顯示依本發(fā)明所制得活性碳纖布對各種染料的吸附特性曲線圖；圖11表示在不同活化溫度制得的活性碳纖布對染料吸附性能曲線圖；圖12圖表示在不同活化時間制得的活性碳纖布對染料吸附性能曲線圖；圖13表示活性碳纖布對花卉成長保鮮度一例的比較圖；圖14表示活性碳纖布對花卉成長保鮮度另一例的比較圖。
權利要求
1.一種活性碳纖布之連續(xù)制造方法，系使用纖維素纖維織物為前驅體，經一連串之水洗、干澡、耐燃藥液浸漬、壓吸、干燥等前處理之后，在施予適當張力及通于外氣之下連續(xù)導入一直立式氧化反應爐中施以加熱氧化處理而制得耐燃性氧化纖維布；再將此氧化纖維布在同樣施予張力下連續(xù)導入一在爐之近下部及上部分別通有隋性碳化用氣體及活化用氣體之高溫直立式碳化、活化爐中，施以碳化及活化處理，而連續(xù)制成具有高吸收脫色、脫臭效果之活性碳纖布。
2.依申請專利范圍第1項之連續(xù)制造方法，其中該氧化處理之最高溫度范圍為250℃～350℃之間，且在有空氣存在之下對纖維織物施熱；而碳化、活化處理之最高溫度范圍為800℃～1200℃之間，且在通以惰性氣體以阻絕空氣進入爐內，及通有活化氣體之下，對已受氧化處理之氧化纖維布施以碳化、活化處理者。
3.依申請專利范圍第2項之制造方法，其中該隋性氣體為氮氣，而該活化氣體系選自二氧化碳氣、水蒸氣中之一種或其兩種之混合者。
4.依申請專利范圍第1項之連續(xù)制造方法，其中該經過前處理之纖維織物系由爐之下部往上導入氧化爐中，經由低溫區(qū)向高溫區(qū)移動，然后由上至下自高溫區(qū)向低溫區(qū)移動并導出爐外，隨后由高溫爐之下部往上導入碳化、活化爐中，經由低溫區(qū)向高溫區(qū)移動，以接受碳化、活化處理，并自爐之上部導出外部而得活性碳纖布者。
5.一種活性碳纖布之連續(xù)制造裝置，用以將經過耐燃性藥劑處理之纖維織物經一連串之氧化、碳化、活化處理以形成活性碳纖布之裝置，該裝置乃包括；一用以將織物傳送之傳動裝置及直立式氧化爐，及一用以將經氧化處理過之氧化纖維織物傳送之傳動裝置及直立式碳化、活化爐；而上述氧化爐及碳化、活化爐皆具有耐熱耐火性、外爐壁，內外爐壁之間安設有多段式電熱加熱裝置，爐內處理室之下端具有織物導入口，上端則呈開放，并懸掛有一導向滾筒，同時處理室乃自下至上藉由上述加熱裝置而區(qū)分成溫度由低至高漸升之多區(qū)段加熱區(qū)；又上述碳化、活化爐之上、下端分別具有將被處理織物導入及導出之二口，此二口均設有氣體隔絕箱以防外氣進入爐內，在織物導出口氣體隔絕箱與爐頂之間設有排氣口，同時爐之處理室乃自下至上區(qū)分成多區(qū)溫度由低至高漸升之加熱區(qū)者。
6.依申請專利范圍第5項之連續(xù)制造裝置，其中該惰性氣體之導入口系設在碳化、活化爐之最低溫區(qū)之略上方，而活化氣體之導入口系設在最高溫區(qū)之略下方者。
7.依申請專利范圍第1項之連續(xù)制造方法，當使用經氧化處理過之氧化纖維織物為前驅體時，該前驅體系直接導入碳化、活化爐中，施以碳化、活化處理，而連續(xù)制成活性碳纖布。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用纖維織物為前驅體，經由連續(xù)之氧化及碳化、活化二階段之處理而制得高效能之活性炭纖布之方法及裝置。氧化過程中，織物前驅體系由下至上導入直產式氧化爐中，再由上至下逆向導出，經氧化之織物，隨后，自下方導入直立式碳化活化爐中接受碳化、活化處理之后，由上方導出而成為活性炭纖維織物。氧化爐通大氣，內部由上至下分成數個不同溫度加熱區(qū)，最高溫度區(qū)為250～350℃；又碳化活化爐的下半部通以如氮氣等隋性氣體，上半部通以如二氧化碳等活化氣體。氧化爐及碳化活化爐均包括一直立式反應爐，饋入裝置、張力裝置及輸出裝置；后者則另備有反應氣體供應裝置及廢氣排出裝置。
文檔編號D06M10/00GK1114287SQ9410705
公開日1996年1月3日 申請日期1994年6月4日 優(yōu)先權日1994年6月4日
發(fā)明者王吉祥, 黃汝銘 申請人:王吉祥, 黃汝銘