[發明專利]一種用于空氣凈化的硅藻土負載活性炭纖維及制備方法

在審

• 申請號: 201810043845.7
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108246255A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 陳慶;貫大為
• 申請（專利權）人: 成都新柯力化工科技有限公司
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;C08G73/10;B01J20/30
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本發明屬于吸附材料的技術領域，提供了一種用于空氣凈化的硅藻土負載活性炭纖維及制備方法。該方法以4,4?二苯醚二胺、均苯四甲酸二酐在N?甲基吡咯烷酮溶液中制備聚酰胺酸溶液，然后加入吸附二氧化鈦的硅藻土制得紡絲液，并進行濕法紡絲、化學環化及熱拉伸，制得負載有硅藻土的聚酰亞胺纖維，然后進行高溫碳化及乙醇活化，制得用于空氣凈化的硅藻土負載活性炭纖維。與傳統方法相比，本發明的制備的活性炭纖維，比表面積大，吸附效率高，吸附性能好，吸附效果持久，吸附量大，具有很好的機械性能，并且制備過程簡單，原料易得，生產率高，生產成本低，可規模化推廣應用。

技術領域

本發明屬于吸附材料的技術領域，提供了一種用于空氣凈化的硅藻土負載活性炭纖維及制備方法。

背景技術

活性炭纖維是隨著碳纖維工業發展起來的一種新型碳材料，作為一種新型高效吸附材料與傳統的吸附劑活性炭相比，具有豐富和發達孔隙結構等優良的品質，能夠作為吸附材料、催化劑載體和電極材料等，滿足環保、化工、食品、電子和電化學等眾多領域的應用需要。因此，近年來，活性炭纖維材料的研究和開發受到國內外很多研究者的極大關注。

活性炭纖維主要以粘膠、酚醛纖維、聚丙烯腈、瀝青、聚酰亞胺纖維等前驅體為基礎，經炭化、活化工藝制備而來。目前用于制造活性炭纖維的原料除了瀝青纖維、聚丙烯睛纖維、粘膠纖維、酚醛纖維外，還出現了如聚酰亞胺纖維、聚偏二氯乙烯、木質纖維等。其中聚酰亞胺纖維制得的纖維活性炭擁有比表面積大和抗拉伸強度高的優勢，并且其本身具有高強、高模、耐高溫、耐化學腐蝕、耐輻射、阻燃等優越的性能，在纖維活性炭制備中越來越受到重視。

活性炭纖維的結構特征屬于非極性吸附劑，作為一種典型的微孔炭，孔隙直接開口于纖維的表面，孔徑分布窄，主要以微孔、亞微孔為主，表面大量的不飽和碳構筑成了獨特的吸附結構。但由于活性炭纖維的微孔結構，限制了其對大分子污染物的吸附，吸附速度有限，持續效果差，因此改性處理或與其他技術聯合使用成為活性碳纖維發展的重要途徑，其中與硅藻土等高吸附材料復合應用是不錯的選擇，該項研究目前較少。

目前國內外在活性炭纖維制備技術，尤其是活性碳纖維改性處理方面已取得了一定成效。其中黃展飛發明了一種活性炭纖維的制備方法（中國發明專利申請號201710690113.2），其技術方案包括有如下步驟：將漢麻纖維和聚丙烯腈原液混合后，通過干法紡絲得到復合纖維；所得復合纖維在置于空氣氣氛下的反應釜中，10~20min內至200~220℃，然后保溫2~3h，得到穩定化復合纖維；所得穩定化復合纖維在空氣氛圍下10~20min內升溫至400~450℃炭化1h后，充入惰性氣體使反應釜內形成惰性氛圍后，繼續升溫至600~700℃保溫10min得到復合碳化纖維；所得復合碳化纖維加入到活化劑中浸漬2h，通過擠壓除去多余溶液，在惰性氣體氛圍下加熱至400~500℃活化2h，冷卻洗滌之后，得到活性炭纖維，使聚丙烯腈活性炭纖維在保證機械強度的同時，具有較大的比表面積。另外，陳植民等人發明了一種活性碳纖維負載納米二氧化鈦的方法（中國發明專利申請號201510635983.0），具體步驟為：先采用硅烷偶聯劑對活性碳纖維進行改性，然后將改性后活性碳纖維浸泡納米二氧化鈦的溶膠中，經干燥和熱處理后得到負載納米二氧化鈦的活性碳纖維。本發明提供的方法操作方便、成本低廉，納米二氧化鈦在活性碳纖維中負載效率高，結合力強，光催化活性高，由此獲得的活性碳纖維具備吸附與降解雙重功能，實現了循環利用，可應用于各類封閉及半開放環境中的殺菌和環境凈化。

可見，現有技術中的活性炭纖維微孔結構，孔徑范圍狹窄，對大分子污染物的吸附效果差，比表面積、吸附速度及吸附容量均無法滿足使用要求，持續吸附效果差，本身機械強度低，力學性能差，同時制備復雜，生產成本高，限制了活性碳纖維的進一步發展。

發明內容