环%动**作者：陈中颖，男，1974年出生，博士生。

　　活性炭纤维（ActivatedCarbonFiber，ACFs）是70年代初研制的一种新型吸附材料，它以纤维素、聚丙烯腈、聚乙烯醇人造丝、煤焦油沥青、废棉纱等为原料，经碳化和活化制得活性炭纤维特有的微孔结构、表面基团和巨大的比表面积使它具有吸附容量大、吸附速度快和容易再生等优良特性*6强大的吸附能力和良好的机械强度使它不仅能作为优良的吸附剂，而且还能作为催化剂的载体，在空气净化水和废水处理有机溶剂回收等方面具有广泛的应用前景本文利用5种红色染料的水溶液对某活性炭纤维厂生产的聚丙烯腈活性炭纤维（P-ACF）和粘胶活性炭纤维（R-ACF）的吸附性能进行了对比研究1试验部分1.1试验材料活性炭纤维由某活性炭纤维厂提供，外观呈毡状，黑色，主要性能指标见表1活性炭为普通市售颗粒活性炭（GAC）试验中选取的5种红色染料的名称结构式、*大吸收波长、质量吸光系数和单位浓度CODc值如表2所示。

　　表1活性炭纤维性能指标性能指标含炭量比表面积/m2.g-1微孔容积/mi；g-1微孔直径/磺吸附值/mg°g-1 1.2试验装置静态吸附试验装置如所示。染料溶液在蠕动泵的驱动下循环流过活性炭纤维或颗粒活性炭），形成与填充床相类似的流动纤维（或活性炭）底部装有一块钛板，以起到截留和均匀分布的作用，栝性炭纤维试验装置示意图溶液的循环流量为400mL.min. 1.3试验方法活性炭经筛分选用粒径为20 40目，用去离子水冲洗后烘干备用。将毡状活性炭纤维剪裁成直径约3cm的圆形，用去离子水冲洗后烘干称重。将纤维（或等量的活性炭）装入吸附装置底部，并加入100mL己知浓度的染料溶液，开启蠕动泵，进行吸附试验。根据试验要求取样，利用分光光度计测定吸光度，CODc用快速法测定2结果与讨论21ACFs和GAC对不同染料的去除在考察吸附能力前，首先对GAC和两种ACFs进行了红外分析，为它们的吸收谱图。由图可见，GAC和R-ACF的谱图基本相同，在3300~ 3400cm-1有羟基特征吸收峰，1550~ 1出现骨架碳的振动特征吸收而P-ACF则具有明显的羧基（3400cm-1向低波数延伸形成较宽的吸收带）和羰基特征吸收峰（1680cm-、试验发现，R-ACF对染料的吸附性能明显优于P-ACF为此R-ACF试验染料的初始质量浓度确定为500mg*L-1，而P-ACF和GAC试验染料的初始质量浓度则为50mgL-1通过吸附1h后染料的脱色率和CODc去除率来比较吸附能力。

　　和分别为ACFs和GAC对不同染料的脱色率和CODc去除率结果显示，ACFs和GAC对5种染料都具有一定的吸附能力，但吸附效果同ACFs与GAC的CODC去除率吸附剂和吸附质的性质、结构有着密切的关系。其中阳离子艳红5GN和碱性藏花红的吸附性能较好，无CODc去除率，而活性艳红X-3B则相对较差从吸附剂的角度来看，GAC的吸附能力略高于P-ACF，分散红3B和活性艳红X-3B能被它较好地吸附。同时R-ACF对较高初始浓度的染料溶液具有较好的脱色率和CODb去除率，对阳离子艳红5GN的1h脱色率及CODCr去除率都接近100%，即使对在P-ACF上几乎不吸附的活性艳红X-3B也具有相当的吸附能力，脱色率及去除率均在35%以上这说明R-ACF对染料的吸附能力远远优于P-ACF和GAC. 2.2ACFs对不同染料的吸附速率R-ACF吸附过程中染料浓度随时间变化曲线根据曲线的趋势，在吸附初期浓度随时间基本呈线性变化，而在接近吸附平衡时浓度保持不变，即速率，mg*Lmin、V为吸附速率时间递减常数，t-、C0C分别为染料溶液的初始浓度和t时刻的浓度，mg.L-1将试验所得浓度随时间变化的数据按式（1）拟合，可求得V，得到C~t关系曲线。这样通过求导即可得到吸附速率随时间的变化关系式，从而可以得到任何时间的吸附速率u由式（1）与式（2）消掉t，得出反应速率u与浓度C的关系式当吸附进行的时间足够长，吸附速率为0，吸附过程达到平衡，所以令式（1）中/-m或式（3）中u=0，可以求出吸附过程的平衡浓度C*，即表3列出了用上述方法求得的ACFs对染料吸附的速率常数及相应的回归方差结果表明，脱色率较高的阳离子艳红5GN和碱性藏花红的初始吸附速率也较高；而脱色率较低的P-ACF活性艳红X-3B系统的初始吸附速率则较低。但是通过初始吸附并不能完全确定吸附的容量常数V反映了吸附速率的递减规律，它同u.一起决定了整个的吸附过程，同时也决定了系统的吸附容量表3的数据显示，R-ACF阳离子艳红5GN系统和P-ACF碱性藏花红系统的速率递减常数较大，但同时它们的初始吸附速率也较大，所以维持着较高的脱色率；尽管分散红3B系统的初始吸附速率较小，但它们的速率递减较慢，所以也能维持一定的脱色率；而P-ACF活性艳红X-3B系统的初始吸附速率较小且递减较快，因此脱色率不高根据式（4）对吸附系统的平衡浓度进行了理论计算，除R-ACF日离子艳红5GN系统外，其理论计算结果同3h的吸附试验结果相差不大这进一步验证了上述模型，同时也说明ACFs的吸附速率较快，3h己基本达到吸附平衡2.3P-ACF的吸附等温线及吸附机理分析是室温下P-ACF对不同染料的吸附等温线从中可以看出，不同染料在P-ACF上的饱和的吸附容量相差很大，等温线的趋势也有所不同。碱性藏花红和阳离子艳红5GN都有较高的吸附容量，并且等温线呈标准的Langmuir型，这与吸附质在吸附剂表面只形成单分子吸附层的机理相对应弱酸性红RN和分散红3B也有一定的吸附容量，在浓度较低时等温线呈Freundlich型，吸附热随着吸附量的加呈对数下降；在高浓度时弱酸性红RN的等温线具有Langmuir的形式，而分散红3B与BET的形式相似这种吸附等温线的形式可认为在吸附过程中产生了毛细管凝结现象活性艳红的吸附性为在纤维表面能够形成多分子层的吸附。能很差，但它的等温线具有较好的BET形式，可认表3活性炭纤维对不同染料的吸附速率及平衡浓度1误差％聚丙烯腈粘胶纤维不同染料的吸附等温线3结论活性炭纤维对5种红色染料都具有较高的吸附容量和较快的吸附速度。其中聚丙烯腈活性炭纤维对分散红3B和活性艳红X-3B的吸附略逊于颗粒活性炭，而粘胶活性炭纤维则较前两种表现出极为明显的优势这种毡状活性炭纤维在具有较好吸附性能的同时，还具有较好的成形结构和机械强度，是一种非常优秀的吸附材料和催化剂的载体，在水处理和空气净化等方面具有较为广阔的应用前景。