活性炭纤维（ACF）是继粉状活性炭和粒状活性炭之后的第三代产品。做为新型功能吸附材料具有成型性好，耐酸、碱，导电性和化学稳定性好等特点。其不仅比表面积大、孔径适中、分布均匀及吸脱速度快，而且其具有不同的形态，广泛用于环保工业、电子工业、化学工业与辐射防护、医用生理卫生等，具有广阔的发展前景。

　　1主要性能ACF是一种表面超微粒子，具有不规则的结构和纳米空间混合的体系。

　　1.1形态ACF为直径10―30nm的纤维，其纤维直径细，与被吸附的接触面积大，且可均匀接触和吸附，使吸附材料得以充分利用，效率高，具有纤维、毡、布和纸等各种纤细的表态，孔隙直接开口在纤维表面，其吸附质到达吸附位的扩散路径短，且本身的外表面积较内表面积高出两个数量级。

　　1.2结构ACF具有微孔形结构，其微孔半径在2nm以下；其孔径分布窄，特殊的细孔呈单分散分布，由不同尺寸的微细孔隙组成其结构，并且中孔、小孔及微孔呈现出多分散型分布，在各细孔结构中的差异较大，其主要原因在于原料的不同。在ACF中无大孔，只有少量的过渡孔，微孔分布在纤维表面，其吸附速率快，在ACF丝束间的空间起大孔作用，对气相与液相具有较好的吸附作用。其外比表面积大，吸脱速度快，为粒状活性炭的10表面积大，细孔的平均直径随之大，细孔容积加，在细孔内发生吸附后充填细孔内。其比表面积大吸附容量大，为粒状活性炭的1.5―10倍，可吸附处理低浓度废气或具有高活性的物质。

　　ACF的体积密度小，滤阻小，是粒状活性炭的1/3，可吸附粘度较大的液体物质，且动力损耗小。

　　1.3表面化学结构炭的固体表面原子呈不饱和结构，其具有独特的表面化学性能，其微晶在燃烧温度低时易与氧化介质发生反应生成氧化产物，主要有羧基、酚基、醌基等含氧基团，及含硫基、氮元素、卤素等管能团。其表面酸性与吸附平衡有密切的关系。

　　2实际应用ACF的应用相当广泛，可用于有机溶剂的回收装置，水的净化，有害有毒气体的去除和净化电子电器材料等。

　　2.1水处理ACF广泛用于处理工业用废水，去除气体及恶臭物质，水溶液中的无机物、有机物及贵重金属等离子，微生物及细菌，低浓度吸附的吸附回收。用于净化处理具有吸附容量大、吸附速度快、脱附速度快、灰分少、处理量大、且使用时间长的优点。净水用的ACF，可用浸渍法使ACF的孔隙中充满特殊的液状合成抗菌剂，经干燥，抗菌剂可牢固地固定在ACF内，特别适用于家庭用净水器。家用小型净水器则是多种多样，日本开发的超小型净水器可适用于旅行、野营、登山和救灾人员，具有过滤、除臭、灭菌和把硬水变为软水的处理。对水质高科技纤维与应用的处理具有特殊的功能，在污水处理中，采用ACF吸附往往用于二级处理或三级处理。将ACF用于环保工程中其操作安全，由于体密度小和吸脱层薄，不会造成蓄热和过热现象，也不易发生事故，且节能和经济，可用于大型上水净水池的处理，不仅净化效率高，而且处理量大，装置紧凑占地面积小，设备投资小和效益高。ACF还可用于水厂及糖厂的净水装置，可达到脱色、脱臭和去除有机物的目的。

　　2.1.1有机废水的处理随着工业化生产的发展和城市人口的加，都市区内的生活废水处理量己越来越大。在废水中特别是工业废水中的有机污染物有大量加的趋势，并且化工、冶金、炼焦、轻工等产业中的废水为*主要的污染源，其含有的有毒物和有害物己在对生态环境构成威胁。

　　ACF适用于各种有机废水的处理，可对含氯废水、制药厂废水、苯酚废水、有机染料废水、四苯废水、己内酰胺废水、二甲基乙酰胺和异丁醇废水进行处理。其吸附能力比粉末活性炭的吸附能力高得多，尤其适用于高平衡浓度时，每gACF的吸附量约为粉末活性炭的3倍。在升高温度后，其吸附能力提高。

　　用剑麻基ACF可有效去除水中的各种有机染料，如亚甲基兰、结晶紫、铬兰黑R等，其去除率高达1%.含钇的沥青基ACF可有效的吸附酸性染料，如酸性蓝9、酸性蓝74、酸性橙10、酸性橙51等，也用于直接染料如直接蓝19、直接黄11、直接黄50及碱性染料的碱性棕1、碱性青紫3等。

　　对炼油废水和处理结果表明，用ACF处理炼油废水其对浊度的有效净化率为1%，挥发酚为为88.3%，油98.4%；并对二氧化硫、二氧化碳、碱度、硬度和磷酸盐均有净化作用。对高浓度和成分复杂的页岩油干馏废水的处理后COD可达低于2于处理出水的COD低于1000mg/L. 2.1.2无机废水ACF对金属离子具有较好的吸附性能，可吸附水中的银、铂、汞、铁等多种离子并能够将其还原。在大多数情况下，其氧化还原反应可以大大促进对这些金属离子的吸附。

　　2.1.3净化饮用水由于城市人口的加己使饮用水的供应不足，国内曾用活性炭处理三卤甲烷废水，其有效去除率仅为40%.对地下水的检测表明，在水中己含有多种氯化物，这些氯化物存在于水中具有致癌作用，在自来水中的含氯物质可用ACF加以去除。用ACF去除水中的三氯乙烯，在其浓度为1一5kg/m时，ACF的吸附量为粒状活性炭的4倍，在实际处理中可比活性炭大1个数量级。

　　目前ACF己广泛用于净水器，特别是载银ACF具有吸附和灭菌的双重功能。用载银ACF对大肠杆菌进行吸附，在含银量加、比表面积大时，其吸附量大，对于水中的其它微生物的吸附，同样有效。

　　空气净化空气中主要污染源是二氧化硫和氮的氧化物，及硫化氢和有机挥发物组分等。空气中的臭氧对人体的危害性极大，一般允许浓度为0.1X 10.但在实际空气中的浓度为80―100时，长期接触易于引发肺炎，使肺的弹性功能组织变为无弹性而失去作用的病变组织。

　　理后，二氧化硫的稳定态含量只有1%，硫酸从ACF表面的脱除也十分容易；用PAN基ACF可有效地捕捉空气中的硫化氢，在吸附表面上以三氧化硫或硫酸的形式吸附。各种废水发出的臭气可用ACF去除。

　　ACF具有分解臭氧的能力，可用于办公设备的臭氧脱除，在复印机中配置着吸臭氧的吸附分解部件，利用ACF的低密度和对臭氧吸附分解；ACF并对3、4一苯并芘有特殊的吸附能力，对烟碱的吸附率高，可用于室内的空气净化，如用于空气净化器等；在工业中，可开发用于有害有毒气体的吸附，ACF可用于活性炭毡替代防毒面具和防毒消防头盔，可提高过滤效率，使其体积小和轻量化。

　　对于挥发性污染源如苯、甲苯、丙酮氯化物等也可用ACF加以吸附。用PANACF可作为吸附剂、过热水蒸汽为胶附剂，对化纤厂的碳化硫废气进行吸附，其特点是使用寿命长、吸附量大、脱附时间短、脱附温度低，适合于工业上的应用。

　　2.3溶剂回收ACF的吸附量大，可用于回收活性有机溶剂等，其特点是脱附速度快、脱附温度低、ACF能从低浓度废气中回收有机溶剂并把具有反应活性的有机溶剂加以回收，及用于粒状活性炭不能回收的其他类型溶剂。ACF能够回收有机溶剂具有如下特点：其金属杂质要比粒状活性炭少得多，在吸附过程中所发生的催化聚合作用的几率也小得多；其在脱附过程中几乎不发生热分解和催化、聚合等化学反应，其脱附速度快、过程彻底，使其在吸脱过程中发生分解或取合的几率小，可减少吸附的结焦或积炭，省时、省功、节能，可用于溶剂的吸收装置及军用化学防护服等，也可用于二级吸附材料以降低成本。

　　ACF可用于电子工业，特别在高新技术上的应用已日益广泛利用ACF的比表面积大、细孔孔径适中和导电性能，可用于制造电池产品的部件；可用于生产高效小型电容器，特别是双层电容器，容量是普通铝电解电容器的1万倍；可用于1C、LSI及超LSI的小型存贮永久性电源，避免因停电等事故而给计算机带来的不可估量的损失；还可开发用于大电流放电的双层电子电容器；在电子和能源方面可用于制造高性能的电容、电池的电极等。

　　ACF可用于制造化学辐射器材，并能除去放射性物质，可用于核电站的防护材料。此外，在除臭、除湿、电极材料驻电容器等方面也在不断拓其更新的用途。

　　随着纳米材料的开发，可将ACF用于钠米复合材料，使其向高功能化、表面官能团特殊化的方向发展，作为更新换代产品，对环境保护具有十分重要的作用和意义。

　　2.5其他利用ACF的高比表面积和高强度的性能，可用于净化血液，及作为催化剂的载体用于生理用品和医疗卫生用品等。由于ACF具有吸附烯烃类物质的能力，可用于蔬菜和水果的保鲜，特别是用于储存和运输中。

　　ACF还用于制作消臭机，其吸附速度比普通的消臭机提高两倍。它是用沥青系ACF与聚酯树脂混合制成的推进器，转速为300r/mm，使空气与推进器接触，吸附空气中所含的臭味及烟气中的致癌物质。对于大比表面积化的ACF，可用于制作除湿机，可有效地除湿。

　　在化学业，可用于生产防护化学毒品的化学防护衣，用于防化学武器或喷洒农药及农药厂工人的工作服，与防毒面具配合使用，可防止毒气进入口腔、鼻腔或皮肤进入人的身体内。此外也用于催化剂载体防化学辐射等。在医疗业可用于制造人造肾脏、肝脏的吸附剂，用于制作绷带和各种除细菌的医疗卫生用品。

　　此外，也可将ACF用于催化剂的载体，气相色谱的固定用高分子筛。民用方面可用于冰箱的除臭，在石油化工方面可用于汽油脱硫醇过程中。

　　3生产工艺由于前驱体原料的不同，ACF的生产也会有所不同。其在生产中一般是有机前驱体纤维在30（TC左右下进行稳定处理。ACF不需单独碳化，其碳化与表面功能处理可同时进行。在碳含量加的同时进行活化，可以使用氯化锌、磷酸、氢氧化钾等活化剂进行化学活化或用二氧化碳或水蒸汽进行物理活化。温度控制在800―90（TC.采用不同的处理工艺会产生不同的孔隙结构及吸附性能。在活化过程中，炭质与活化介质发生反应，使一部分炭被气化成微细孔隙；同时碳化过程中打开孔隙，使之具有吸附剂的功能。用于ACF前驱体的功能性纤维是纤维素、聚丙烯腈基、酚醛基、沥青基等。

　　在生产ACF之前，应先将有机原纤维在300*C下进行几十mm或几h的不熔化处理，之后再进行碳化处理，也可将碳化与活化同时进行。活化方法有物理活化法与化学活化法两种。化学活化是用氢氧化钾、磷酸或氯化锌等进行处理，工业上的活化是以气相联系活化法为主，用水和二氧化碳为活化介质，在惰性气体如氮气的保护下于80（TC的温度下进行处理。

　　3.1功能化可以通过调节工艺过程中的操作条件，控制ACF内部的孔结构与孔径分布。其主要方法是：①活化法，可选用不同的活化工艺或改变活化程度来达到生成钠米级的分子筛碳纤维至纳米级的通用ACF.采用活化法可获得以微孔为主的ACF.催化活化法，此法可使ACF形成中孔，并在原纤维中添加金属化物或其他物质，再进行碳化活化。也可采用ACF添加金属化合物后再进行活化的方法。在活化时，金属离子或其他物质对结晶性比较高的炭起选择气化作用，催化活化法是生成中孔的*好途径。为使ACF具有大孔，*好使原料纤维预先具有接近大孔的孔径。③蒸镀法，在加热条件下使ACF与含烃气体如甲烷等接触。由于烃类发生热解，产生的炭在细孔壁上蒸镀，使细孔的孔径变小，可进一步提高吸附的选择性。④热收缩法，可将ACF进行高温处理以调整其孔隙结构，使基孔径变小和大比表面积。在吸附剂微孔大小为吸附质分子临界尺寸的两倍，吸附质易于被吸附，这时吸附质分子能有效地接受微孔表面叠加的吸附立场，从而充分发挥微孔的作用，可调整孔径以使ACF细孔与吸附质的分子尺寸相当，由此获得*佳的吸附效果。

　　3.2表面改性在ACF表面存在着一定量的亲水性含氧基团，基团极大的影响吸附性能，可通过处理改变ACF的表面亲水性与疏水性。ACF在经90（TC的高温处理或氢处理后可脱除含氧基团使之还原，其亲水基减少，可提高对含水气流或水溶液中的吸附能力。反之，也可经过气相氧化和液相氧化的方法获得高酸性表面，气相氧化法是在330°C左右的温度下，用空气进行氧化使之在ACF表面导入含氧基团；液相氧化是用双氧水等氧化剂，在酸性条件下与ACF进行反应，随着酸浓度的高，在ACF的表面酸性加，对酸性有机物吸附性能降低，从而改善对水的吸附力。

　　在使ACF与氯气反应时可使基表面由非极性转化为极性，提高对极性分子的吸附能力。通过浸渍法或混炼法，在有机物前驱体纤维中添加重金属离子后，由于配位吸附作用可改善对硫化氢等恶臭物质的吸附，在ACF中引入酸性基团或碱性基团后可改善对香烟臭的吸附等。在ACF表面上添加银离子后，对大肠杆菌、黄色葡萄状球菌等具有极好的杀菌作用。基载银工艺是在用硝酸银溶液浸渍时采用加热工艺，使银充分浸入炭体内，减少银液损失。加热载银牢固、均匀、寿命长和灭菌效果好，可用于水的净化处理等。

　　4发展概况日本是开发ACF*早的国家。日本的东洋纺织公司于1975年实现了工业化生产。在20世纪70年代，己开始应用有机物碳化技术的成果，由于顺应环境保护等的要求得以发展，受到各国开发研究人员的密切关注，现己成为当代世界开发的热点项目之一，并由此进入工业化的发展时期，总产能力为千t/a.我国从1980年代开始投入力量进行研究，到1990年代末开始进入工业化生产时期，国内的产能约为百t/a. 5市场展望我国的ACF生产与开发还仅处于初始阶段，其应用领域还远远没有打开，在水处理，工厂的空气净化，化学物质的吸附应用方面其市场开发潜力极大。随着环境保护各项法规的进一步建立、完善和绿色化学时代的到来，ACF必将呈现光明的发展前景。