新型炭材料研究进展及应用前景.pdf

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1、万方数据新型炭材料研究进展及应用前景杨卫1许泉2(1．总装防化驻宜昌地区军代室，2．总装防化军代局)摘要：本文介绍了活性炭纤维及其复合织物、超级活性炭、微球形活性炭及其织物、掺炭纤维织物等新型活性炭材料方面的研究和产业化进展及其在防化领域的应用前景。关键词：活性炭纤维超级活性炭微球形活性炭掺炭纤维尽管目前国际上正广泛研究毒剂防护新原理、新技术以代替传统的活性炭吸附技术，如选择性透过膜、变压吸附技术(PSA)、新型纳米纤维等，但迄今为止，活性炭仍是对毒剂蒸汽防护最主要、有效的方法。因此，研究新型炭基吸附材料，提高其吸附性能和使用性能，对提高我国防化技术水平具有重要意义。

2、现将近年来开展的包括活性炭纤维及其复合织物、超级活性炭、微球形活性炭及其复合织物、掺炭纤维织物等新型活性炭材料的研究和产业化研究情况分述如下。1．活性炭纤维复合织物研究活性炭纤维(ActivatedCarbonFiber，ACF)作为一种理想的高效吸附材料，是在碳纤维技术和活性炭技术相结合的基础上发展起来的⋯。它具有纤维直径细、比表面积大、微孔分布均匀、透气性良好、吸附速度快及易脱附等特点呤J。目前，它已在国防、环境保护、化工、卫生、电子、电化学等领域得以广泛应用一'4J。采用活性炭纤维与衬布复合制成的复合织物制备含炭透气式防毒服是活性炭纤维在国防上最重要的应用材料之

3、一，代表了含炭透气式防毒服的发展方向。为提高透气防毒服技术水平，通过对活性炭纤维织物生产技术、工艺以及活性炭纤维织物与衬布复合工艺的研究，以国产PAN基炭纤维原丝为原料，按图1所示的工艺流程，制备的活性炭纤维复合织物及防毒服样品，按GJB3253—1998《阻燃伪装防毒服规范》标准规定的试验方法进行各项性能检测，结果表明满足防毒服要求，且防护性能高、生理性能好、耐洗涤。目前，要使活性炭纤维在防化领域得到更广泛的应用，还必须解决活性炭纤维产业化问题，着重解决活性炭纤维用大丝束原丝的纺丝和改性(添加TiO：)方法(见参考文献[2])和活性炭纤维连续化生产技术，以进一步提高

4、产品性能，降低成本。同时，开展活性炭纤维孔隙结构和表面化学结构调整等功能化研究以及活性炭纤维浸渍技术研究，探讨其在防毒面具、集防滤器等产品中的应用前景。2．超级活性炭产业化研究与应用超级活性炭作为当今世界争相发展的三种高粘合衬布ACF织物(Ⅳ卅·ACF)图1PAN基活性炭纤维复合织物制备工艺流程剖丽祷塑囝塑回万方数据2010年9月国防技术基础第9期科技炭材料之一，具有超高的表面积、发达的孔隙结构、灰分低、导电性好等特点，被广泛应用于防化、电化学、储能、环保、饮用水净化等领域。目前，世界上超级活性炭大部分均采用以石油焦为原料，以腐蚀性极强的氢氧化钾为活化剂制得，其主要工

5、艺过程包括石油焦破碎、石油焦分级、混料、活化、洗涤、干燥等。通过对石油焦原料、活化剂配比、活化工艺条件及控制方式等关键技术与产品性能关系的对比研究，建立起超级活性炭指标体系，对工艺试制产品的性能测试结果表明，其比表面积水平已接近日本西热化学株式会社Maxsorb产品水平口J，比表面积、无机系比电容量及有机系比电容量明显高于日本可乐丽YPl5水平∞J，其检测结果见表1，产品电镜照片见图2。表1超级活性炭性能检测结果序号检测项日工艺试制样品MaxsorbYPl5l比表面积(m2／g)31142800—320013632孔容积(m]／g)l-81．5～2．O，3pH值3．3

6、，4灰分(％)l，5有机系电容量(F／g)143，llO6无机系电容量(F／g)290，157来的污染越来越严重，以氢气、天然气代替现在使用的汽油、柴油等燃料已成为大趋势，而利用高比表面积活性炭吸附存储氢气、天然气可以大大降低存储压力，研究发现微孔发达的高比表面积活性炭有可能是一种很具潜力和竞争力的炭质吸附储氢、储能材料。列；同时，超级活性炭在废水处理、废气处理、催化剂载体等方面得到应用；超级活性炭在防化装备方面也将具有广泛的应用前景，在解决超级活性炭的成型与浸渍技术后，将能大大提高防化器材的防护性能，降低重量和体积。3．微球形活性炭产业化研究及其应用微球形活性炭(S

7、AC)作为一种新型高档的活性炭材料，具有球形度好、装填密度均匀、比表面积大、强度高、耐磨损、耐腐蚀以及在固定床使用阻力小等一系列优点，满足了环保、医药、军事、电子等领域对活性炭吸附性能、再生性能等越来越高的要求。沥青是无数种缩合多环芳香族化合物的混合物，其元素组成主要包括C、H、N、S等，以沥青为原料制得的沥青基球形活性炭具有杂质含量低、机械强度高、孔径分布易控制、吸附容量大且吸脱附速度快等一系列优良性能，成为目前球形活性炭研究和开发的主要方向之一。其制备过程主要包括沥青的改性、沥青的球化、沥青球的不熔化、沥青球的炭化和活化等工艺过程。按照以上工艺制