高性能PAN基活性碳纖維制備的關(guān)聯(lián)性研究.pdf

1、活性碳纖維(ACF)自從上世紀(jì)70年代后期就已經(jīng)開始出現(xiàn)在人們的日常生活中，被廣泛應(yīng)用于吸附領(lǐng)域。這類纖維比表面積高、孔徑分布窄并且富含微孔結(jié)構(gòu)，還具備吸脫附脫效率高、吸附量大、吸附動(dòng)力學(xué)性能更好等優(yōu)點(diǎn)。尤其是聚丙烯腈基活性碳纖維在具備上述優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，還具有含氮量高，力學(xué)性能強(qiáng)等特點(diǎn)，近年來，備受研究者們的青睞，對(duì)PAN-ACF進(jìn)行了大量的研究。
　　傳統(tǒng)的PAN基活性碳纖維大部分為間歇式生產(chǎn)，連續(xù)化生產(chǎn)主要是制備PAN基活性碳纖

2、維布或者氈，對(duì)設(shè)備要求高，并且產(chǎn)品質(zhì)量均一性差。傳統(tǒng)的連續(xù)化制備PAN基活性碳纖維布或者氈均采用物理活化尤其是水蒸氣或者二氧化碳進(jìn)行活化，而化學(xué)活化法多用于間歇式制備PAN基活性碳纖維。并且傳統(tǒng)的活化工藝制備的PAN基活性碳纖維制品都存在強(qiáng)度低，粉末化嚴(yán)重的問題。
　　本研究的主要目的就是實(shí)現(xiàn)單絲束型PAN基活性碳纖維的連續(xù)化高效率制備。通過摸索新的活化工藝實(shí)現(xiàn)連續(xù)化制備12K聚丙烯基活性碳纖維，樣品孔結(jié)構(gòu)豐富，吸附性能好，比表面

3、積大，還兼具較好的強(qiáng)度。在自主設(shè)計(jì)的活性碳纖維連續(xù)化實(shí)驗(yàn)線上，通過連續(xù)化生產(chǎn)制備出PAN基12K預(yù)氧絲，之后再通過自主設(shè)計(jì)的碳化活化一體爐連續(xù)化制備PAN基活性碳纖維。本研究的活化工藝主要有水蒸氣活化、氫氧化鉀活化以及兩者的協(xié)同活化?；罨瘯r(shí)需要解決的主要問題是如何合理設(shè)定活性工藝，控制活化程度，在達(dá)到較佳的活化效果的同時(shí)確保絲束不會(huì)斷，穩(wěn)定收樣，連續(xù)化制備。
　　本研究主要采用了三種制備工藝:水蒸氣碳化活化兩步法（水蒸氣活化低溫碳

4、化絲）、水蒸氣碳化活化一步法（水蒸氣一步活化預(yù)氧絲）以及氫氧化鉀水蒸氣協(xié)同一步法（KOH和水蒸氣一步協(xié)同活化預(yù)氧絲），制得的三類聚丙烯腈基活性碳纖維分別簡稱為“兩步法”PAN-ACF、“一步法”PAN-ACF和“協(xié)同一步法”PAN-ACF。通過對(duì)比三種制備流程以及各自對(duì)應(yīng)的三種樣品的力學(xué)及吸附性能，總結(jié)出較好的制備工藝，制備出高性能PAN基活性碳纖維。
　　結(jié)果表明，“協(xié)同一步法”制備的樣品具備更優(yōu)異的孔結(jié)構(gòu)和吸附性能(BET比表