纖維狀復(fù)合活性炭材料的制備、結(jié)構(gòu)表征及吸附性能的研究.pdf

1、纖維狀活性炭(ACF)以其優(yōu)越的吸附性能在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，但目前國內(nèi)ACF價格高達20～90萬/噸，昂貴的價格使其大規(guī)模的工業(yè)應(yīng)用受到了很大的限制。本文從降低成本出發(fā)，詳細(xì)探討了利用涂層法制備聚乙烯醇基纖維狀復(fù)合活性炭材料(AC/GF)的方法和過程，進而考察了制備工藝條件的不同對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與性能所造成的影響。 AC/GF是一類以玻璃纖維為基質(zhì)，在玻璃纖維上涂布聚合物原材料，通過高溫炭化活化制備的纖維狀活性炭材料。玻

2、璃纖維的耐熱性使制備活性炭的得率大大提高，從而有望降低纖維狀活性炭的制造成本。本文主要包括以下四方面內(nèi)容：1.AC/GF制備工藝的研究 本文較詳細(xì)地研究了涂層法制備以玻璃纖維為基質(zhì)的纖維狀復(fù)合活性炭材料的方法，并制備了一系列AC/GF。將聚乙烯醇(PVA)和化學(xué)活化劑溶解配制成溶膠，并將該溶膠涂布在玻璃纖維薄氈上作為AC/GF的前軀體。該前軀體經(jīng)預(yù)氧化、炭化活化，可制得具有一定強度和較高比表面積的纖維狀活性炭材料。 熱重

3、分析(TG)結(jié)果表明，加入活化劑氯化鋅能促進PVA在較低溫度下脫水，形成更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，提高PVA熱穩(wěn)定性和得率。氯化鋅濃度越高，PVA脫水溫度越低。選擇氮氣作為活化氣氛有利于提高活化得率?；罨蟮臉悠方?jīng)鹽酸洗滌可洗脫大部分殘留的化合物。 2.AC/GF的結(jié)構(gòu) 借助SEM、XRD、低溫氮氣吸附等手段分別研究了AC/GF的微觀形貌、石墨微晶結(jié)構(gòu)、孔結(jié)構(gòu)和比表面積。結(jié)果表明，AC/GF為纖維狀結(jié)構(gòu)，炭層包裹著玻璃纖維形成同心圓

4、柱。AC/GF具有類石墨微晶結(jié)構(gòu)，且活化溫度越高，AC/GF微晶片層間距越小?？梢酝ㄟ^改變工藝條件制備以微孔為主或以中孔為主的AC/GF材料。按AC/GF的總質(zhì)量計算，該纖維狀復(fù)合活性炭的比表面積在200～519m2/g之間，炭層比表面積可高達1600m2/g。 3.制備條件對AC/GF結(jié)構(gòu)的影響 考察了ZnCl2濃度、活化溫度和活化時間等因素對AC/GF孔結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果表明，ZnCl2濃度對孔結(jié)構(gòu)的影響比較大，低濃度

5、ZnCl2活化可制得主要以微孔為主的AC/GF；高濃度ZnCl2活化可制得中孔率超過80％的AC/GF?；罨瘻囟仍礁?，平均孔徑和孔容積越小，比表面積越低，活化溫度為600℃得到最高比表面積的AC/GF。AC/GF的比表面積隨著活化時間的延長先提高后降低，得率隨著活化時間的延長而降低，炭層含量隨著活化溫度的提高而降低。 4.AC/GF的液相吸附性能 本文考察了AC/GF對碘、亞甲基藍、維生素B12等的液相吸附性能。AC/G

6、F對碘的吸附量可達1125mg/g。AC/GF對亞甲基藍的吸附速度和飽和吸附量介于ACF和GAC(顆?；钚蕴?之間，吸附速度比GAC高是因為其炭層厚度在數(shù)十納米到2微米之間，吸附質(zhì)到達吸附點的路徑短。部分AC/GF對維生素B12具有較大的吸附量，可達91mg/g，表明該AC/GF具有豐富的中孔。AC/GF的炭層對碘、亞甲基藍和維生素B12的平衡吸附量接近于與其比表面積相近的活性炭纖維吸附量水平。 5.結(jié)構(gòu)與性能的優(yōu)化 本