范圣楠, 张春辉, 张 晓, 任俊莉

三种纤维素基活性炭纤维的制备及表征

范圣楠, 张春辉, 张 晓, 任俊莉

(华南理工大学 轻工科学与工程学院, 制浆造纸工程国家重点实验室, 广东 广州 510640)

以脱脂棉、天丝和剑麻为原料，KOH溶液为活化剂，通过炭化、活化制备活性炭纤维(ACFs)，研究炭化温度和碱碳比对ACFs物理化学性质的影响，并借助比表面积测试(BET)、X射线衍射分析(XRD)等手段对纤维进行表征。结果表明，3种原料炭化致孔的难易程度为：脱脂棉＞剑麻＞天丝。当炭化温度为700 ℃时，炭化材料的比表面积分别为390.4、48.8和179.2 m2×g-1。采用质量分数为10% 的KOH溶液活化，碱碳质量比为2:1，脱脂棉、剑麻基ACFs的比表面积分别为1 375和1 161 m2×g-1。采用为20% 的KOH溶液活化，当碱碳质量比为3:1时，天丝基ACFs的比表面积可达1 594 m2×g-1，孔径分布比前两者窄。

纤维素纤维；活性炭纤维；炭化；活化

1 前 言

活性炭(粉末状和颗粒状)和活性炭纤维(activated carbon fibers，ACFs)是最广泛使用的吸附剂[1]。相比传统的吸附剂活性炭，ACFs具有高比表面积和窄孔径分布的优势，常以布、毛毡和纸的形式用于液体和气体的处理和净化，而颗粒和粉末状活性炭设计不够灵活，不适用于过滤系统。因此，ACFs对废气等污染物具有优良的选择性吸附能力，在生产和生活中具有不可或缺的作用[2]。ACFs的前驱体一般为聚丙烯腈纤维[3-4]、沥青[5]、酚醛[6]、黏胶纤维、木素[7]和纤维素[8-9]等。由于合成纤维前驱体的生产成本高且ACFs的需求量大，因此需要寻找有效的自然资源，尤其是制造ACFs的植物纤维等[10-12]。植物纤维具有纤维特性，使得纤维能够直接用于制备ACFs，而不需要进一步加工[9,13]。……