[發明專利]生物活性碳纖維、包括其的生態碳纖維復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201110425930.8
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN102660813A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 趙東林;海熱提·吐爾遜;吳偉明;何江
• 申請（專利權）人: 浙江欣之球科技發展有限公司;北京化工大學
• 主分類號: D01F9/22
• 分類號: D01F9/22;D01F9/16;D01F9/145;D01F11/12;D01F11/16;B32B27/12;B32B27/02;B32B27/32;B32B3/12;C02F1/28
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;余剛

技術領域

本發明涉及污水處理領域，具體而言涉及一種生物活性碳纖維、包括其的生態碳纖維復合材料、及其制備方法。

背景技術

活性碳纖維(ACF)是在20世紀70年代開發并逐漸工業化的新型高效吸附材料，是繼粉狀活性碳和粒狀活性碳之后的第三代產品，是碳纖維及可炭化纖維經過物理活化、化學活化或兩者兼有的活化反應所制備的具有豐富和發達空隙結構功能型碳纖維，它具有獨特的化學、物理結構，特別是其具有優異的吸附性和生物相容性，具有成型性，耐酸耐堿性、導電性和化學穩定性好等特點，其不僅比表面大、孔徑分布適中及吸脫速度快，而且具有不同的形態。

活性碳纖維主要用于環境凈化，多作為優良的吸附劑應用于空氣凈化，可吸附煤氣中的硫化氫和除掉汗臭，煙臭等令人感到不快的環境污染；活性碳纖維用于水凈化，可用作凈水器，放射性污染及煉油廠廢水的凈化。目前針對碳纖維作為微生物載體的研究剛剛開始，機理性研究亟待深入。

在粉狀、粒狀活性碳材料的基礎上，活性碳纖維具有均勻的孔徑分布和更高的比表面積，成為理想的吸附材料，因此，也被稱為“新型活性碳、纖維狀活性碳”，廣泛應用于環保、儲氫、催化劑載體以及電化學領域。

近年來，活性碳纖維生產技術發展迅速，在作為微生物的載體用于水污染治理、生化反應、食品發酵等方面也具有相關的應用，例如：專利申請號為01123491.1，名稱為“生物活性碳纖維及其制備方法”的專利。

在上述“生物活性碳纖維及其制備方法”的專利中公開了一種比表面積≥800m²/g的碳纖維，它不含金屬化合物，平衡含水率≥20％、抗張強度≥150MPa、本體含氧量為2.8％～25％。該生物活性碳纖維是將原料經過不熔化處理、炭化處理、活化處理制得。不熔化處理的升溫速率為0.5-2℃/分鐘，得到平衡含水率為4.2-10.5％、氧含量為3.1-16.2％(重量)的不熔化纖維或制品；炭化處理在300-1100℃溫度條件下，炭化升溫速率為80-160℃/分鐘；活化處理在800-950℃溫度條件下，活化時間為5-60分鐘；活化促進劑為脂肪酸，浸漬時用超聲波處理。該生物活性碳纖維具有優異的生物相容性能，可作微生物固著化載體材料。

在上述專利中所提供的生物活性碳纖維制備方法復雜，而且通過這種方法所制備的生物活性碳纖維的表面能依然不高，還需要進一步改進；同時，這種方法所制備的生物活性碳纖維強度低，抗沖擊能力較差，并不適用于大量污水的處理。

基于目前生物活性碳纖維的一些不足，還沒有將其作為生物膜載體在水處理中應用的報導。為了將生物活性碳纖維的性能優勢更有效地應用于水處理過程中，進一步研究改良生物活性碳纖維的性能勢在必行。

發明內容

本發明旨在提供一種生態碳纖維、包括其的復合材料、及其制備方法以克服現有技術中的不足。

為此，在本發明提供了一種生物活性碳纖維的制備方法，包括以下步驟：將聚丙烯腈纖維、粘膠纖維或瀝青纖維以3～5℃/分鐘的速率逐漸升溫至200～300℃后，進行50～150分鐘的預氧化處理，形成預氧絲；將預氧絲在氮氣氣氛下，以10～30℃/分鐘的速率逐漸升溫至700～800℃后，以水蒸氣作為活化劑，進行30～90分鐘的炭化及活化處理，形成生物活性碳纖維。

進一步地，上述生物活性碳纖維的制備方法還包括表面活性處理的步驟，表面活性處理的步驟包括：將生物活性碳纖維在濃度為30％以下的過氧化氫溶液和濃度為25～28％的氨水溶液按照體積比1～2∶1混合形成的混合溶液中，采用頻率為50～100KHz的超聲波下處理10～60分鐘，進行表面活性處理。

進一步地，上述生物活性碳纖維的制備方法還包括表面活性處理的步驟，表面活性處理的步驟包括：將生物活性碳纖維在濃度為30％以下的過氧化氫溶液中，采用頻率為50～100KHz的超聲波下處理10～60分鐘，進行第一次表面活性處理；將完成第一次表面活性處理的生物活性碳纖維在濃度為25～28％的氨水溶液中，采用頻率為50～100KHz的超聲波下處理10～60分鐘，進行第二次表面活性處理。

在本發明的另一個方面，還提供了一種生物活性碳纖維，其由上述的制備方法制備而成。

在本發明的另一個方面，還提供了一種生態碳纖維復合材料，包括：芯層，由上述生物活性碳纖維構成，該生物活性碳纖維的比表面積大于1000m²/g；外層，由丙綸纖維網眼布構成，外層包裹在芯層的外周。

進一步地，上述生態碳纖維復合材料還包括均勻地設置在外層上的環狀毛圈部，該環狀毛圈部由丙綸纖維和滌綸纖維復合而成。