活性炭纖維(ACF),亦稱纖維狀活性炭,是性能優(yōu)于活性炭的高效活性吸附材料和環(huán)保工程材料。其超過50%的碳原子位于內外表面,構筑成獨特的吸附結構,被稱為表面性固體。 它是由纖維狀前驅體,經一定的程序炭化活化而成。較發(fā)達的比表面積和較窄的孔徑分布使得它具有較快的吸附脫附速度和較大的吸附容量,且由于它可方便地加工為氈、布、紙等不同的形狀,并具有耐酸堿耐腐蝕特性,使得其一問世就得到人們廣泛的關注和深入的研究。目前已在環(huán)境保護、催化、醫(yī)藥、軍工等領域得到廣泛應用。 結構特征:活性炭纖維是一種典型的微孔炭(MPAC),被認為是 超微粒子、表面不規(guī)則的構造以及極狹小空間的組合 ,直徑為10 m~30 m。孔隙直接開口于纖維表面,超微粒子以各種方式結合在一起,形成豐富的納米空間,形成的這些空間的大小與超微粒子處于同一個數量級,從而造就了較大的比表面積。其含有的許多不規(guī)則結構-雜環(huán)結構或含有表面官能團的微結構,具有極大的表面能,也造就了微孔相對孔壁分子共同作用形成強大的分子場,提供了一個吸附態(tài)分子物理和化學變化的高壓體系。使得吸附質到達吸附位的擴散路徑比活性炭短、驅動力大且孔徑分布集中,這是造成ACF比活性炭比表面積大、吸脫附速率快、吸附效率高的主要原因。 功能化方法:功能化主要通過孔隙結構控制和表面化學改性來滿足對特定物質的高效吸附轉化。 ACF通常適用于氣相和液相低分子量分子(MW=300以下)的吸附。當吸附劑微孔大小為吸附質分子臨界尺寸的兩倍左右時,吸附質較容易吸附。孔徑調整的目的就是使ACF的細孔與吸附質分子尺寸相當,通常采用下列方法:1)活化工藝或活化程度的改變(至納米級);2)在原纖維中添加金屬化合物或其它物質經炭化活化,或采用ACF添加金屬化合物后再活化(中孔為主),原料纖維預先具有接近大孔的孔徑(大孔);3)烴類熱解在細孔壁上沉積、高溫后處理(使孔徑變小)。 ACF為一吸附材,放置在空氣中仍然會吸附空氣中的一些分子,但於一般空氣中,有害氣體的濃度低,甚至無的情況下,ACF并不會吸附飽和,故一旦將ACF置於有害氣體的環(huán)境中,即發(fā)生吸附的作用,直到吸附飽和為止。使用后之ACF若要再生必須確知其所吸附之物質的物、化性,只要通入適當溫度之熱空氣或熱水汽即可再生,至於多久要更換,須視使用人訂定之排放標準及使用場所污染的程度而定。 所謂的吸附飽和乃是吸附物(如ACF)表面之被吸附物質濃度與被吸附物質濃度(環(huán)境中如空氣及水中之污染物濃度)達到一動平衡之現象。吸附又可分為物理吸附及化學吸附,ACF90﹪以上屬物理吸附,故為可逆反應,即所吸附的物質可藉由升溫來增加分子之熱振動能,達到脫附之效果。 一般而言,活性碳纖維與傳統(tǒng)活性碳所能吸附、去除的物質種類近似,惟吸附效率上更優(yōu)於傳統(tǒng)活性碳,因此活性碳纖維無庸置疑地可應用於除臭、脫色等高級處理。最適用活性碳纖維吸附之化學物質主要簡述如下:(1)神經毒氣:沙林(Sarin)、芥子氣(Mustard)、光氣(Phosgene)、太奔(Tabun)、所門(Soman)等核生化武器;(2)揮發(fā)性氣體:苯、甲苯、四氯化碳、丙酮、異丙醇、乙酸乙酯等有機溶劑;(3)臭味氣體:硫化氫、甲硫醇、阿摩尼亞、醋酸。(4)空氣污染物:硫氧化物、氮氧化物。 ACF本身幾乎為純碳材料,基本上可以水洗而不會影響其原有性質,惟須注意不可於水中添加清潔劑,避免清潔劑的分子佔用ACF吸附空間,影響吸附效能。再則,遍佈於ACF裡外無數之微孔洞提供快速有效的吸附表面,但也是影響ACF本身的強度,所以清洗動作必須要輕柔,以免造成ACF碎裂。 基本上,ACF經水洗(不行添加任何洗潔劑)只不過是要去除ACF所沾惹上之微小灰塵或顆粒,并不能達到再生的目的,最主要是需要加熱ACF才能達到再生的目的。故只要ACF本身乾凈無塵埃時,直接丟入烘乾機即可。