活性炭納米纖維的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種活性炭纖維，可用于水的純化、脫氯、除臭、溶劑的回收及空氣的凈化等方面，屬于材料工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]作為新興學(xué)科領(lǐng)域之一，納米科學(xué)技術(shù)發(fā)展于二十世紀(jì)八十年代末至九十年代初，其宗旨是在納米級(jí)尺寸范圍內(nèi)去了解和改造自然界，并通過(guò)直接操作原子、分子等創(chuàng)造出新的物質(zhì)，納米科學(xué)技術(shù)研究的內(nèi)容是尺寸在1-1OOnm之間的物質(zhì)結(jié)構(gòu)及相關(guān)性能，是現(xiàn)今世界最活躍的研究領(lǐng)域之一。納米技術(shù)的發(fā)現(xiàn)是人類了解和改造物質(zhì)世界的技術(shù)和能力深入到原子和分子領(lǐng)域的重要標(biāo)志。納米材料是指固體微粒處于納米級(jí)別的超細(xì)粒子和晶體尺寸小到納米量級(jí)，并且具有小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)等特點(diǎn)的固體或薄膜。納米材料具有某些特性，與某些宏觀固體材料的物理、化學(xué)特性截然不同，這些特性會(huì)隨著材料尺寸的變化而發(fā)生變化，基于這種性質(zhì)與尺寸的關(guān)系，具非常特殊的應(yīng)用價(jià)值，因而納米材料的研究與應(yīng)用將為材料科學(xué)的進(jìn)步和現(xiàn)代化高科技水平的發(fā)展開(kāi)創(chuàng)薪新的新時(shí)代。
[0003]活性碳纖維(ACFs)是在碳納米纖維發(fā)展的基礎(chǔ)上興起的又一新型碳質(zhì)吸附材料。與傳統(tǒng)的活性碳相比，ANFs具有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如，高比表面積、快速的吸脫附速率、孔隙結(jié)構(gòu)豐富、加工形態(tài)多種多樣(如紙、布、桂)等。再如，利用干噴濕紡法制備活性碳納米纖維前驅(qū)體，控制工藝條件，提高纖維預(yù)氧化程度，控制纖維的最佳預(yù)氧化時(shí)間2h，得到高吸附性能的活性碳納米纖維，這是對(duì)制備工藝影響因素預(yù)氧化時(shí)間的研究，諸如此類的科學(xué)研究進(jìn)一步提高了活性碳纖維的性能及應(yīng)用價(jià)值，促進(jìn)了活性碳纖維系列產(chǎn)品的發(fā)展。
[0004]活性碳纖維的應(yīng)用極其廣泛，涉及吸附劑、氣體儲(chǔ)存物極化電極、溶解再生、去除含硫氮氧化物及氣體分離等。主要用于水的純化、脫氯、除臭、溶劑的回收及空氣的凈化等方面，這些應(yīng)用方面涉及到環(huán)境和資源回收領(lǐng)域及許多相關(guān)行業(yè)，比如核工業(yè)、真空制造業(yè)、石油、醫(yī)藥行業(yè)、化工、礦業(yè)、食品等。另外，活性碳纖維在超電容器和電池的電極等應(yīng)用領(lǐng)域也有較大的市場(chǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了生產(chǎn)ACNF，前驅(qū)體纖維必須是納米纖維。目前，工業(yè)上主要采用化學(xué)氣相生長(zhǎng)法生產(chǎn)碳纖維，雖然生產(chǎn)工藝成熟可控，但是這種方法仍存在一定的局限性，比如生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，需進(jìn)行后期純化處理；生產(chǎn)過(guò)程引入的金屬化合物雜質(zhì)可能影響產(chǎn)物的性能等。靜電紡絲法生產(chǎn)納米纖維的技術(shù)FI漸成熟，可制備連續(xù)納米纖維長(zhǎng)絲。靜電紡的納米纖維直徑約為200-450nm，僅為傳統(tǒng)纖維的幾百分之一，具備更大的比表面積。其作為ACNF的前驅(qū)體，產(chǎn)物直徑均勻性均更佳。
[0006]本品各組分質(zhì)量份配比范圍為:醋酸纖維素(CA)40-90、NH4C140-90，ZnC170-100、 丙酮20-90、N，N- 二甲基乙酰胺(DMAc) 40-70、乙醇50-70、亞甲基藍(lán)20-50。
【具體實(shí)施方式】
[0007]配制質(zhì)量濃度分別為1%和3%的NH4Cl溶液，濃度為1%和3%的ZnCl2溶液(除特別指明外，濃度均為質(zhì)量百分比濃度)，將CelluNF分別浸泡于上述四種鹽溶液中，置于80°C水浴震蕩器中震蕩約5h,然后取出懸掛于6°C鼓風(fēng)干燥箱中干燥24h,干燥過(guò)程中纖維膜下端施加約1.06N的拉力使之得到一定程度的拉仲。將干燥后的纖維膜置于氣氛爐中，參數(shù):20-400°C，升溫速率10°C /min,于40°C保持30min得到CNF(碳納米纖維)、ACNF-1 (經(jīng)l%ZnCl2處理且后處理)、ACNF-2 (經(jīng)3%ZnCl2處理且后處理)、ACNF-1w (經(jīng)l%ZnCl2處理且無(wú)后處理)、ACNF-2W(經(jīng)3%ZnCl2處理且無(wú)后處理)、ACNF_3 (經(jīng)1%NH4C1處理)、ACNF-4 (經(jīng) 3%NH4C1 處理)。
[0008]產(chǎn)物后處理:將ACNF-lw、ACNF-2W用0.lmol/L HCl溶液清洗2-3次，以除去纖維中的ZnO，再用蒸館水清洗至溶液pH值呈中性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.本品各組分質(zhì)量份配比范圍為:醋酸纖維素(CA)40-90、NH4C140-90，ZnC170-100、丙酮20-90、N, N-二甲基乙酰胺(DMAc) 40-70、乙醇50-70、亞甲基藍(lán)20-50。
2.配制質(zhì)量濃度分別為1%和3%的NH4Cl溶液，濃度為1%和3%的ZnCl2溶液(除特別指明外，濃度均為質(zhì)量百分比濃度)，將CelluNF分別浸泡于上述四種鹽溶液中，置于80°C水浴震蕩器中震蕩約5h，然后取出懸掛于6°C鼓風(fēng)干燥箱中干燥24h，干燥過(guò)程中纖維膜下端施加約1.06N的拉力使之得到一定程度的拉仲。
3.產(chǎn)物后處理:將ACNF-lw、ACNF-2W用0.lmol/L HCl溶液清洗2_3次，以除去纖維中的ZnO，再用蒸館水清洗至溶液pH值呈中性。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種活性炭纖維，可用于水的純化、脫氯、除臭、溶劑的回收及空氣的凈化等方面，本品各組分質(zhì)量份配比范圍為：醋酸纖維素(CA)40-90、NH4Cl40-90，ZnCl70-100、丙酮20-90、N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)40-70、乙醇50-70、亞甲基藍(lán)20-50。
【IPC分類】D01F11-12, D01F9-16
【公開(kāi)號(hào)】CN104695058
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310677029
【發(fā)明人】朱洪學(xué), 張欣
【申請(qǐng)人】青島水世界環(huán)?？萍加邢薰?br>【公開(kāi)日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2013年12月7日