[發(fā)明專(zhuān)利]一種棕櫚活性碳纖維及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711260889.7
• 申請(qǐng)日: 2017-12-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108147408A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李超;林劍;趙廣杰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C01B32/336
• 分類(lèi)號(hào): C01B32/336;D01F9/16
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君;陳征

本發(fā)明涉及一種具有高比表面積棕櫚活性碳纖維及其制備方法和應(yīng)用。所述棕櫚活性碳纖維的比表面積為800?1700m²/g，優(yōu)選809?1680m²/g；總孔容為0.450?1.20cc/g，優(yōu)選0.486?1.181cc/g。通過(guò)本發(fā)明的處理方式，所得棕櫚活性碳纖維具有較大的比表面積和總孔容，且制備過(guò)程簡(jiǎn)單，制備速度快，成本低廉，制備過(guò)程中避免了化學(xué)試劑的加入，提高了產(chǎn)物的安全性，避免了設(shè)備腐蝕和環(huán)境污染等不利因素的發(fā)生，可廣泛應(yīng)用于環(huán)保、電子、醫(yī)用衛(wèi)生、化工等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種棕櫚活性碳纖維及其制備方法和應(yīng)用，屬于活性炭纖維制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

活性碳纖維作為一種前景廣闊的碳納米多孔材料，具有界定良好的孔隙結(jié)構(gòu)，主要通過(guò)對(duì)碳質(zhì)材料高溫?zé)峤猓S后進(jìn)行活化處理制備獲取。與傳統(tǒng)的粉狀、粒狀活性炭吸附材料相比，活性碳纖維具有比表面積高、吸附容量大、孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、吸附和脫附速度快等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于空氣凈化、廢水處理、催化劑載體、電極材料等方面。

一般商業(yè)上制備活性碳纖維的前驅(qū)體主要來(lái)自瀝青、聚丙烯腈、黏膠纖維和酚醛樹(shù)脂。然而，隨著化石資源的日益枯竭和環(huán)境污染的不斷加重，可再生的生物質(zhì)資源以其產(chǎn)量豐富、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)而越來(lái)越受到人們的重視。如一些天然植物纖維劍麻、棉花纖維、棉稈、竹纖維、蠶絲等均已被當(dāng)作原料用于制備活性碳纖維，并表現(xiàn)出較好的吸附特性。這不僅可以解決原料資源緊張和環(huán)境污染的問(wèn)題，而且還可以高值化利用生物質(zhì)資源。棕櫚纖維作為我國(guó)一種使用歷史悠久、種植范圍廣泛且來(lái)源充足的傳統(tǒng)纖維，年產(chǎn)量可達(dá)3.5萬(wàn)噸，常被用于制備繩索、床墊和填充料等。棕櫚纖維具備中空結(jié)構(gòu)和許多自然孔隙，且其木質(zhì)素含量為35～40％左右，遠(yuǎn)高于其他木質(zhì)纖維材料，是良好的碳材料前驅(qū)體。因此，以棕櫚纖維為原料，獲取能替代石油產(chǎn)品的可降解化學(xué)資源，在資源日益枯竭的當(dāng)今社會(huì)，成為活性碳纖維生產(chǎn)供料的一種新型獲取方法，開(kāi)發(fā)前景十分樂(lè)觀。

CN201610655708.X的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種利用磷酸活化棕櫚纖維的制備方法，其采用以下方法制備：先將棕櫚纖維放在濃度為3.5～4mol/L的磷酸溶液中浸漬28～36h，干燥后再放入化學(xué)活化爐中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，以4.5℃/min的升溫速率加熱至設(shè)定活化溫度950℃，并在此溫度下保持0.75h，當(dāng)活化完成后，自然冷卻至室溫，再關(guān)閉氮?dú)獠⒗w維取出；將以上步驟制得的棕櫚纖維用蒸餾水在超聲波振蕩下清洗140min直至溶液pH＝7，干燥后制得棕櫚活性碳纖維。上述背景技術(shù)中采用磷酸進(jìn)行活化處理后，磷酸化學(xué)化合物的引入，對(duì)設(shè)備腐蝕性大，污染環(huán)境，其制得的活性碳纖維中殘留化學(xué)藥品活化劑，應(yīng)用受到很大限制；此外，采用磷酸浸漬棕櫚纖維，導(dǎo)致制備工藝復(fù)雜、效率低，制備成本高。

公開(kāi)號(hào)為CN103320904A的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了微孔活性炭纖維的水蒸汽活化制備方法及制備裝置，其采用以下方法制備：在高溫管式爐內(nèi)的干燥保護(hù)氣體氛圍下對(duì)纖維原料進(jìn)行碳化，其碳化溫度為600-1000℃；再對(duì)碳化后纖維原料進(jìn)行活化；在其內(nèi)碳化后纖維原料在700-900℃和攜帶水蒸汽保護(hù)氣體氛圍下進(jìn)行活化：活化完成后，停止通入水蒸汽并關(guān)閉高溫反應(yīng)爐，冷卻后得到微孔活性炭纖維。上述背景技術(shù)中采用兩個(gè)步驟對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行制備，即先將產(chǎn)品炭化再活化的方法，在活化開(kāi)始時(shí)二次設(shè)置加熱溫度，這種傳統(tǒng)的兩步法導(dǎo)致二次對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加熱，操作步驟較繁瑣，制備時(shí)間較長(zhǎng)，加熱設(shè)備能耗以及保護(hù)氣體用量較大，增加了制備成本。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)本領(lǐng)域存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種采用水蒸氣一步法活化棕櫚纖維制備高比表面積活性碳纖維的制備方法。該方法相比現(xiàn)有技術(shù)，步驟簡(jiǎn)潔、大大縮短制備時(shí)間，降低設(shè)備能耗，節(jié)約氣體用量，有效減低生產(chǎn)成本。

本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。