[發明專利]一種Al2

有效

• 申請號: 202010469365.4
• 申請日: 2020-05-28
• 公開（公告）號: CN111617706B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 李峰波;袁國卿
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: B01J13/00
• 分類號: B01J13/00;B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C01B33/145;C01B35/10;C01F7/02;D01F9/16;D06M11/45;D06M11/82;D06M11/79;D06M13/203;D06M101/06
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 吳利芳

本發明涉及一種Al₂O₃?B₂O₃?SiO₂復合溶膠、核殼結構活性炭纖維及其制備方法，屬于活性炭纖維技術領域，解決了現有技術中活性炭纖維本身固有強度低的技術問題。本發明提供的核殼結構活性炭纖維的制備方法包括：步驟1、利用馬來酸酐對再生纖維素纖維進行表面改性，得到改性再生纖維素纖維；步驟2、利用Al₂O₃?B₂O₃?SiO₂復合溶膠對改性再生纖維素纖維進行表面修飾處理，將得到的修飾層進一步凝膠固化；步驟3、將修飾后的再生纖維素纖維進行碳化與活化處理，制得具有Al₂O₃?B₂O₃?SiO₂復合氧化物修飾層的核殼結構活性炭纖維。本發明提供的核殼結構活性炭纖維能夠大幅提高產物的強度、柔韌性和可織造性能。

技術領域

本發明涉及活性炭纖維技術領域，尤其涉及一種Al₂O₃-B₂O₃-SiO₂復合溶膠、核殼結構活性炭纖維及其制備方法。

背景技術

纖維狀活性炭是一種具有前所未有特性的活性炭材料，其在實踐中開始使用已經經過20多年的時間，通過利用其獨有的孔隙特性及優異的織造加工性能，在溶劑回收、VOCs去除及凈水設備得到應用。但其用量及范圍與普通活性炭相比還是微不足道的。

隨著環保、能源等領域不斷出現的新問題，對新型材料也提出了更高的要求，活性炭纖維需要進一步深入開發其特有性能，如：孔隙調控、表面化學修飾、機械與耐磨性能及織造與加工性能等，但另一個關鍵因素為從制造全流程考慮降低活性炭纖維的成本，只有高的性價比，才能使其在新的領域得到廣泛應用，推動相關領域的技術進步。

最早的纖維狀炭材料由愛迪生在1897年應用于制作電燈燈絲，隨后經歷了一個較長的初期發展時期。直到20世紀60年代，隨著活性炭纖維作為新一代吸附材料的重要性逐步被認識。二十世紀80年代隨著世界范圍內工業的大發展，環境污染及能源問題日益突出，這也促進了活性炭纖維材料的基礎研究，生產與應用技術的迅速發展，由于其各方面的優異性能而逐步應用到環保、醫療、電子、能源、生物工程、化工分離與分析等行業領域。隨著新制備技術的研發，其應用領域也在不斷拓展。日本的產業界在活性炭纖維研發及應用方面做了大量的工作，在制備技術上已經形成了較強的產業規模，在一些環保領域的應用上也表現出很強的實力，比如：Toyobo Co.Ltd的活性炭纖維K-Filter裝置已經大規模的應用到VOCs去除系統，水處理裝置等。我國在活性炭纖維的研究與開發方面起步較晚，有一些比較分散的研究在大學和研究機構中進行，但沒有形成規模的產業開發，在產品生產技術和品質控制方面都存在很大的差距。隨著國家對工業設備環保要求的提高，在廢氣及廢水處理環節需要用到大量的活性炭纖維，但目前這一市場主要還是依賴進口日本的產品為主。

在活性炭纖維的研發與推廣實踐中，還存在幾點急需解決的關鍵問題：

1)在制造成本方面與顆粒活性炭及粉末活性炭存在相對競爭力問題。拋開在高端應用方面的優勢，在通常的用途中，活性炭纖維平均單位的吸附能力的制造成本比顆粒活性炭要高出不少，相比之下，在大宗工業用途中活性炭纖維是一種昂貴的碳基吸附材料，這也限制了其用途的擴大。

2)由于活性炭纖維需要表面有豐富的孔隙結構，這導致其機械性能與強度方面存在一定問題。這兩種性能實際對材料的結構要求是相反的，但這兩者對活性炭纖維來說都是非常重要的，在實際的研發過程必須實現二者的平衡。要實現活性炭纖維的突破性發展，必須解決以上固有問題，實際上以上提到的幾個方面是相互關聯的在推進新型活性炭纖維材料的產業化的過程中，必須密切結合實際應用需求，實現三方面問題的有效協同與平衡。

發明內容