粘胶基活性碳纤维的微观结构
  • 技术应用
  • 2015-12-25 13:21
  • 来源:中国纺织机械网
  • 作者:[db:作者]
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  •   活性碳纤维(ActivatedCarbonFiber,ACF)是一种新型的功能材料,与传统的粒状或粉末活性炭等相比,它具有巨大的比表面积和合适的微孔结构,在低浓度甚至痕量下也可进行极其有效的吸附,吸附效率比活性炭高得多。ACF通常是以有机纤维作为原料,经高温碳化活化制备出来的。ACF本身是纤维状活性体,故可编织为布、带毡等多种形式,为工程应用提供了方便和极大的灵活性,从而解决了许多粒状活性炭(GAC)所无法解决的技术问题ACF可广泛用于有机溶剂回收,废气处理和空气净化,军事防护和劳保用品及脱臭用品,脱色、分离与精制,废水污水处理,饮用水净化,贵金属回收,催化剂或催化剂载体,医药及医疗用品,毒气、毒液放射性物质及微生物等的吸附,制造新型电容和电池电极及制造新型储气、储能材料等方面我们在自制的真空设备中制备了收率高、吸附性能优异的ACF,对其晶本结构、表面形貌和孔结构进行了测试与分析。

      1试验材料及试验方法1.1试验材料粘胶基活性碳纤维:在自制的真空设备中经碳化活化工艺制备。工艺过程如下:预处理碳化活化粘胶纤维>可碳化纤维一碳化纤维一>ACF将一定质量的粘胶纤维渍在预处理液中3h,取出干燥,以46C/min连续升温至活化温度950C(不保温),完成碳化,通入活化剂,活化剂浓度13%,活化时间20minACF的主要性能为放射性I25吸附率为99%,苯吸附率为73. 1.2测试用仪器设备X射线衍射分析:使用日本理学D/max-B型X射线衍射仪,对ACF粉末压片试样的结晶程度、微晶尺寸(LcLa)及层面间距d(2)进行测定。测定条件为Cu靶,管压30kV,管流30mA,扫描速度2/min扫描电镜观察:使用日立X-650型扫描电镜,在不同放大倍数下分别对液氮下切割喷金的粘胶纤维活性碳纤维样品的表面形貌进行观察分析。

      比表面积与孔径分布测定:使用美国ASAP自动物理吸附仪,对样品在1.33  层面间距d(002)对结构改变非常敏感,故通常用其作为石墨化程度的量度指标d(002)越小,结晶程度越高,石墨化程度也越高我们制备的ACF的晶体学参数为29 ACF纵向外观形貌纤维的SEM照片由可以明显看出:原料纤维横截面形状纵向纹理及各种缺陷均被遗传下来,ACF表面出现许多不均匀的大尺度凹坑、孔洞,表面相当粗糙,这是水蒸气分子对碳微晶晶棱和无定型碳激烈不均匀氧化刻蚀的结果除此之外,在截面内及表面上还出现了许多升温热解时新形成的孔隙裂纹和碳化时析出的焦油沉积裂解形成的圆形碳粒2.3ACF的孔结构我们用氮吸附法(BET法),按单分子层覆盖吸附剂表面的氮体积,通过计算得到了试样的比表面积,进一步又测定和计算出了孔径分布和孔体积ACF的氮吸附脱附等温线如所示该吸附等温线属于BETI型,这种类型是吸附剂只有微孔的体现,表明ACF具有大量的微孔中清楚地显示出,随着氮相对分压的大,开始时曲线急剧上升,随后就几乎呈现为水平当相对分压由零开始加时,由于ACF和氮之间的相互作用很强,吸附量急剧加,ACF表面很快就吸满了氮单分子层,基本达到饱和吸附状态,相对分压继续大,只产生极少量的多层吸附,在中孔中发生毛细管凝聚现象,吸附量不再持续大吸附等温线与脱附等温线几乎重合,滞后圈很小,吸附基本上无滞后,这也证明了ACF试样只有微孔,且与纤维表面相通,吸附路径短,吸附效率高,脱附也快ACF的孔径分布曲线如所示。06.(3/P10长荃钐孔径(nm)ACF的孔径分布曲线从中可以明显看出我们研制的ACF孔径分布集中,大部分孔径<2nm,计算得出其微孔体积为0.753ml/g,总孔体积为0.819ml/g,所以孔径<2nm的微孔比例为92%由BET方程计算出比表面积为1717m2/g这说明ACF具有极发达的微孔,为吸附作用提供了巨大的表面积=而具有大量中孔大孔的颗粒状活性炭,其孔径>大孔仅为被吸附物质提供达到内部微孔的通道,吸附路径长,吸附脱附速度慢。与之相比,ACF显示出了极其优异的吸附效果我们自制的ACF的放射性I12吸附率己达到99%,苯吸附率也达到73.4% 3结论自制的ACF,经XRD实验分析为紊乱碳层堆叠的类石墨微晶结构;SEM分析表明ACF继承了原料纤维的原有形状,表面有孔洞;BET法得出ACF微孔体积为0.753ml/g,总孔体积为0. 819ml/g,92%的微孔孔径<2nm,比表面积为1

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