_活性碳纤维的改性技术及在水处理方面的应用

新材料与新技术化工设计通讯NewMaterialandNewTechnologyChemicalEngineeringDesignCommunications·95·第43卷第11期2017年11月1概况所谓的活性炭纤维被称为ACF，在20世纪60年代兴起，属于碳质吸附剂。从整体角度分析，活性碳纤维是较为新颖的碳质吸附剂，不仅表面积大、微孔丰富、吸附力强，并且自身所具备的吸附动力学性能比较高，同时，ACF耐酸、碱，耐高温，适应性强，导电性和化学稳定性好。因此，ACF在废水处理、饮用水净化等方面得到了广泛的应用。2活性碳纤维的改性技术单纯而言，活性碳纤维之所以表面积大，反应活性强，主要是因为自身的纳米孔体系比较丰富，并且不饱和碳原子众多，这样一来，可给予可塑性，尤其是改良之后的活性碳纤维，无论是表面积数量还是种类，均得到改善。经过归纳与总结，活性碳纤维当前改良主要体现在两点，分别是对孔结构进行调整以及对表面化学进行改性。2.1孔结构调整理论分析，对孔结构进行调整主要的方法是将孔体积增大，将微孔比例提高，之所以进行孔结构调整主要是改变吸附剂直径与分子的尺寸，实现吸附比例的完善性，提高效率。当前孔结构调整主要采取的方法众多，应用广泛的则包括活化法、碳沉积法等。从另外一个角度分析，进行孔结构调整的时候，主要是利用磷酸氢二钠与硝酸钙，通过浸泡与活化的方式，不断增加活性碳纤维的中孔，当然，还会采取氯化钠的方法，但是这种模式下会在一定程度上增加孔隙，无法保证孔壁的规则性，最为重要的便是孔结构需要利用其质量比加以控制与改善。2.2ACF表面化学改性由于活性碳纤维的特异吸附性不强，不能满足人们各式各样的需求。为了更好地挖掘活性碳纤维的应用潜力，需要对活性碳纤维进行适当地改性，目前活性碳纤维表面改性的技术主要包括化学溶液浸渍，热处理，化学气相沉淀，氧化还原法等。2.2.1化学溶液浸渍化学溶液浸渍是比较常用的一种方法，主要是将其浸渍在盐溶液之中，这样一来能够促使纤维表面尽可能的吸附金属离子，并且还能够及时还原成金属单质，如此方可应用金属所产生的化学反应，不断提高活性碳纤维的吸附能力。据了解，在采取化学溶液浸渍中主要会选择的物品有盐酸、硫酸等，甚至还有诸多金属化合物溶液。对高比表面积的活性碳纤维进行了氟化处理和Ni负载，分别研究改性后样品的储氢性能。氟化后的活性碳纤维微孔体积减少但是单位体积的储氢量却增加了；而经过Ni负载后的样品其微孔体积并没有发生改变，但是由于表面负载的Ni的催化活化作用，其储氢量也大幅度増加。2.2.2热处理热处理可分为高温热处理和微波处理。高温热处理是指在惰性气氛中通过高温加热的方法使活性碳纤维表面化学性质发生改变的一种改性方法。在高温条件下ACF表面的官能团迅速分解，造成纤维的孔结构以及比表面积发生变化，从而达到改性的目的。活性碳纤维在热处理之后自身的疏水性会得到增加，并且表面能够释放一定的物质，从本质上分析，虽然热处理在一定程度上提高了活性碳纤维的氧化反应活性，但是从其他角度探究，自身的吸附能力还会存在缺陷。与此同时，活性碳纤维经过热处理之后还可以形成不含氧的碱性物质，形成石墨化，石墨微晶进行游离，使其具备碱性。微波改性是一种新型的活性碳纤维改性方法，与传统热处理方法相比，微波改性时间短、能量利用率更高，同时改性过程中惰性气体消耗量也变少了。使用微波改性法改性ACF，改性结果显示微波改性后使样品孔容和孔径减小，而且使其表面产生碱性基团吡喃酮，但是改性前后等电荷点位并没有发生大的改变。2.2.3化学气相沉淀改性方法不仅包括以上几种，化学气相沉淀法也是其中具有代表性的方法，并且利用该方法能够及时引入特殊的官能团。根据相关实验得知，尤其在一定的温度下，可以利用化学气相沉淀进行处理，比如在掺杂氮的沥青基的时候，能够发现活性碳纤维表面的氮含量增多，尤其是吸附能力不断提高，氮的浓度会不断提升。这样一来可以进一步增加其吸附量，也会提高亲水性。2.2.4氧化还原法根据原理得知，氧化还原法是应用强氧化剂实现对活性碳纤维表面的氧化，这样可以进一步增加活性碳纤维自身的物质数量，可不断增强其表面的极性。当然，氧化还原法还称为气相法，Shim等[1]分别对沥青基活性碳纤维进行了硝酸和碱改性研究，结果表明，经过1mol/L的硝酸氧化之后，活性碳纤维的比表面积从1462m2/g减少至1226m2/g，但是表面酸性官能团的数量增加至原来的3倍，改性后的样品离子交换（下转第103页）摘要：综述了活性碳纤维（ACF）的改性方法，其中当前应用最广泛且备受关注的改性方法包括两种，分别是孔结构调整与表面化学改性，最具代表性的则是后者，涉及到的方法有热处理、氧化还原法等一系列较为常见的方法，在此基础上进一步介绍了改性后的活性碳纤维在饮用水、有机废水、重金属废水、焦化