專利名稱：：一種強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
：活性炭纖維(ActivatedCarbonFiber,以下簡稱為ACF)表面不同的孔徑能賦予活性碳纖維不同的吸附性能。目前研制和生產(chǎn)的ACF大部分是孔徑在2nm以下的微孔型ACF，僅適于氣體和小分子量液體分子的吸附。對于尺寸在幾十幾百nm的大尺寸物質(zhì)的吸附需要ACF表面具有孔徑大于50nm的大孔。目前在大孔的制備方面已經(jīng)有所突破，基本上是在原材料中添加擴孔催化劑達(dá)到獲得大孔的目的。但ACF仍然存在強度偏低的問題，特別是大孔的產(chǎn)生更容易造成強度的損失。目前纖維狀的ACF強度基本不超過0.2GPa，而具有大孔的ACF強度指標(biāo)更低，基本達(dá)不到0.lGPa。過低的強度也嚴(yán)重影響了ACF的使用范圍和使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種活性碳纖維的制備方法，使得通過該方法制備得到的沃杜碟纖雄^^V右71j辜十千SOnm的十71.而日脂瞎鈁宮_為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維的制備方法，其步驟為步驟l、將鈉鹽水溶液和酸水溶液按體積比為1:1混合，隨后將碳纖維浸漬其中1224小時，取出后烘干；所述鈉鹽水溶液的濃度為0.5mol/L飽和濃度，所述酸水溶液的濃度為5wt%20wt%;步驟2、放入活化爐中，在惰性氣體保護(hù)下加熱至800110(TC，恒溫0.51小時，對纖維進(jìn)行活化處理，冷卻至室溫之后得到強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維，其中，加熱至60(TC后通入水蒸汽，并且在冷卻過程中，當(dāng)溫度降低至20(TC后，關(guān)閉惰性氣體和水蒸汽。進(jìn)一步，步驟1中所述鈉鹽為磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、氯化鈉、硝酸鈉、和硫酸鈉中的至少一種。所述酸為硝酸、磷酸、鹽酸、和硫酸中的至少一種。步驟1所述碳纖維為粘膠基碳纖維、聚丙烯腈基碳纖維、和瀝青基碳纖維中的一種。步驟1所述烘干的溫度為IO(TC。步驟2所述加熱的速率為52(TC/min。步驟2所述惰性氣體為氮氣、氦氣、和氬氣中的至少一種。本發(fā)明提供方法，通過調(diào)控鈉鹽/酸溶液的濃度以及活化溫度來控制所制得的大孔活性碳纖維表面大孔孔徑大小，孔徑主要隨鈉鹽濃度以及溫度的提高而增大。所獲得的活性碳纖維表面大孔孔徑可以控制在50600nm，而強度則大于0.3GPa。本發(fā)明的優(yōu)點是制備得到的活性碳纖維表面孔徑大于50rnn，而且活性碳纖維強度較高。本發(fā)明直接利用碳纖維為原料，活化工藝簡單，產(chǎn)品強度較高。圖1為100nm〈孔徑〈600nm的大孔型活性碳纖維的電鏡圖；圖2為200nm〈孔徑〈600mn的大孔型活性碳纖維的電鏡圖3為Finnir^孔^〈in0mn的士孔刮沃杜碟纖雄的由.锫圖.圖4為50nm〈孔徑〈300nm的大孔型活性碳纖維的電鏡圖；圖5為50nm〈孔徑〈400nm的大孔型活性碳纖維的電鏡圖。具體實施例方式以下結(jié)合實施例來具體說明本發(fā)明。實施例1步驟1、將濃度為10wty。的磷酸水溶液和濃度為0.5mol/L的氯化鈉水溶液按體積比為1:1混合，隨后將強度為0.7GPa的粘膠基碳纖維浸漬其中24小時，取出后于IOO'C烘干；步驟2、放入活化爐中，在氮氣保護(hù)下以速率2(TC/min加熱至IOO(TC，恒溫0.5小時，冷卻至室溫之后得到強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維活性碳纖維，其中，加熱至60(TC后通入水蒸汽，并且在冷卻過程中，當(dāng)溫度降低至200'C后，關(guān)閉氮氣和水蒸汽。通過電鏡照片(圖l)可以看出所獲得的大孔型活性碳纖維表面布滿大孔(100nm〈孔徑〈600mn)，并且通過常規(guī)的碳纖維強度測試方法測得強度達(dá)到0.45GPa。實施例2步驟l、將濃度為15wt。/。的硝酸和硫酸的混合水溶液和飽和濃度的磷酸氫二鈉和硝酸鈉的混合物水溶液按體積比為1:1混合，隨后將強度為0.5GPa的粘膠基碳纖維浸漬其中12小時，取出后于IO(TC烘干；步驟2、放入活化爐中，在氦氣保護(hù)下以速率l(TC/min加熱至90(TC，恒溫0.5小時，冷卻至室溫之后得到強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維活性碳纖維，其中，加熱至60(TC后通入水蒸汽，并且在冷卻過程中，當(dāng)溫度降低至20(TC后，關(guān)閉氦氣和水蒸汽。通過電鏡照片(圖2)可以看出所獲得的大孔型活性碳纖維表面布滿大孔(200nm〈孔徑〈600mn)，并且通過常規(guī)的碳纖維強度測試方法測得強度達(dá)到0.32GPa。實施例3步驟1、將濃度為20wty。的鹽酸和2mol/L的磷酸二氫鈉水溶液按體積比為1:1混合，隨后將強度為0.6GPa的粘膠基碳纖維浸漬其中12小時，取出后于100"C烘干；步驟2、放入活化爐中，在氬氣保護(hù)下以速率15'C/min加熱至90(TC，恒溫1小時，冷卻至室溫之后得到強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維活性碳纖維，其中，加熱至60(TC后通入水蒸汽，并且在冷卻過程中，當(dāng)溫度降低至20(TC后，關(guān)閉氬氣和水蒸汽。通過電鏡照片(圖3)可以看出所獲得的大孔型活性碳纖維表面布滿大孔(50nm〈孔徑〈100nm)，并且通過常規(guī)的碳纖維強度測試方法測得強度達(dá)到0.39GPa。實施例4步驟l、將濃度為5wt。/。的硝酸、磷酸和鹽酸的混合物水溶液和lmol/L的氯化鈉、硝酸鈉、和硫酸鈉的混合物水溶液按體積比為1:1混合，隨后將強度為0.7GPa的聚丙烯腈基碳纖維浸漬其中12小時，取出于IO(TC后烘干；步驟2、放入活化爐中，在氮氣和氬氣混合氣體保護(hù)下以速率5"C/min加熱至80(TC，恒溫1小時，冷卻至室溫之后得到強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維活性碳纖維，其中，加熱至60(TC后通入水蒸汽，并且在冷卻過程中，當(dāng)溫度降低至20(TC后，關(guān)閉氮氣和氬氣混合氣體和水蒸汽。通過電鏡照片(圖4)可以看出所獲得的大孔型活性碳纖維表面具有大孔(50ran〈孔徑〈300ran)，并且通過常規(guī)的碳纖維強度測試方法方法測得強度達(dá)到0.49GPa。實施例5步驟1、將濃度為20wt。/。的鹽酸和2mol/L的磷酸二氫鈉水溶液按體積比為1:1混合，隨后將強度為0.6GPa的瀝青基碳纖維浸漬其中12小時，取出于100"C后烘干；步驟2、放入活化爐中，在氮氣保護(hù)下以速率20'C/min加熱至IIO(TC，恒溫1小時，冷卻至室溫之后得到強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維活性碳纖維，其中，加熱至60(TC后通入水蒸汽，并且在冷卻過程中，當(dāng)溫度降低至20(TC后，關(guān)閉氮氣和水蒸汽。通過電鏡照片(圖5)可以看出所獲得的大孔型活性碳纖維表面具有大孔(50nm〈孔徑〈400nrn)，并且通過常規(guī)的碳纖維強度測試方法方法測得強度達(dá)到0.4GPa。通過常規(guī)的碳纖維強度測試方法測試得下表<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權(quán)利要求1.一種強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維的制備方法，其特征在于，分為下列步驟步驟1、將鈉鹽水溶液和酸水溶液按體積比為1∶1混合，隨后將碳纖維浸漬其中12～24小時，取出后烘干；所述鈉鹽的濃度為0.5mol/L～飽和濃度，所述酸的濃度為5wt％～20wt％；步驟2、放入活化爐中，在惰性氣體保護(hù)下加熱至800～1100℃，恒溫0.5～1小時，冷卻至室溫之后得到強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維，其中，加熱至600℃后通入水蒸汽，并且在冷卻過程中，當(dāng)溫度降低至200℃后，關(guān)閉惰性氣體和水蒸汽。2.如權(quán)利要求1所述的一種強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維的制備方法，其特征在于，步驟1所述碳纖維強度為0.5GPa0.7GPa。3.如權(quán)利要求1所述的一種強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維的制備方法，其特征在于，步驟1所述鈉鹽為磷酸二氫鈉、磷酸氫二鈉、氯化鈉、硝酸鈉、和硫酸鈉中的至少一種。4.如權(quán)利要求1所述的一種強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維的制備方法，其特征在于，步驟l所述酸為硝酸、磷酸、鹽酸、和硫酸中的至少一種。5.如權(quán)利要求2所述的一種強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維的制備方法，其特征在于，步驟1所述碳纖維為粘膠基碳纖維、聚丙烯腈基碳纖維、和瀝青基碳纖維中的一種。6.如權(quán)利要求1所述的一種強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維的制備方法，其特征在于，步驟1所述烘干的溫度為10(TC。7.如權(quán)利要求1所述的一種強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維的制備方法，其特征在于，步驟2所述加熱的速率為52(TC/min。8.如權(quán)利要求1所述的一種強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維的制備方法，其特征在于，步驟2所述惰性氣體為氮氣、氦氣、和氬氣中的至少一種。全文摘要本發(fā)明提供了一種強度大于0.3GPa的大孔活性碳纖維的制備方法，其步驟為將碳纖維浸漬在鈉鹽和酸的混合水溶液中12～24小時，取出后100℃烘干，隨后放入活化爐中，再在惰性氣體保護(hù)條件下加熱至800～1100℃，同時通入水蒸氣對纖維進(jìn)行活化處理0.5～1小時。所獲得的活性碳纖維強度達(dá)到0.3～0.5GPa，能提高活性碳纖維的使用壽命；所獲得的活性碳纖維表面大孔孔徑在50～600nm，有利于吸附大尺寸物質(zhì)。本發(fā)明直接利用碳纖維為原料，活化工藝簡單，產(chǎn)品強度較高。文檔編號B01J20/20GK101337176SQ200810041520公開日2009年1月7日申請日期2008年8月8日優(yōu)先權(quán)日2008年8月8日發(fā)明者成嚴(yán),吳琪琳,寧潘,鼎潘,榮海琴,蔡則田申請人:東華大學(xué)