椰殼活性炭品質(zhì)體現(xiàn)生活,魅力源于追求
http://www.gydfjs.com 納米椰殼活性炭纖維的開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)展摘要:介紹了納米椰殼活性炭纖維的性能、生產(chǎn)的主要技術(shù)路線與最佳的操作條件及有關(guān)進(jìn)展情況。闡述了國內(nèi)
外研究開發(fā)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,并探討了擴(kuò)大應(yīng)用范圍等的前景與市場需求。
關(guān)鍵詞:納米椰殼活性炭纖維;開發(fā);應(yīng)用
1 前言
椰殼活性炭纖維(ACF)是以有機(jī)纖維為前驅(qū)體通過不同途徑而制得的一種新型功能性纖維,做為繼粉狀椰殼活性炭和粒狀椰殼活性炭之后的第三代產(chǎn)品的新型功能吸附材料具有成型性好,耐酸、堿,電導(dǎo)性與化學(xué)穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。其不僅比表面積大、孔徑適中、分布均勻及吸附速度快,而且具有不同的形態(tài)。椰殼活性炭纖維在催化、吸附方面具有獨(dú)特的性能特征,其本身所具有的特性與孔結(jié)構(gòu)、孔分布、微孔表面積以及表面化學(xué)等使之具有極大的開發(fā)價(jià)值。目前,納米ACF已廣泛應(yīng)用在化學(xué)工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、輻射防護(hù)、電子工業(yè)、醫(yī)用、食品衛(wèi)生等方面,而且越來越受到人們的關(guān)注,其應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊。
2 主要性能
ACF是一種表面納米粒子,具有不規(guī)則的結(jié)構(gòu)與納米空間混合的體系。其纖維直徑細(xì),與被吸附物的接觸面積大,且可以均勻接觸與吸附,使吸附材料得以充分利用。效率高,且具有纖維、氈、布和紙等各種纖細(xì)的表態(tài),孔隙直接開口在纖維表面,其吸附質(zhì)到達(dá)吸附位的擴(kuò)散路徑短,且本身的外表面積較內(nèi)表面積高出兩個(gè)數(shù)量級。
2.1 結(jié)構(gòu)
ACF具有微孔形結(jié)構(gòu),微孔半徑在2nm以下,其孔徑分布窄,特殊的細(xì)孔呈單分散分布,由不同尺寸的微細(xì)孔隙組成其結(jié)構(gòu),并且中孔、小孔擴(kuò)散呈現(xiàn)出多分散型分布,在各細(xì)孔結(jié)構(gòu)中的差別較大,其主要原因在于原料的不同。在ACF中無大孔,只有少量的過渡孔,微孔分布在纖維表面,其吸附速率快,ACF絲束的空間起大孔作用,對氣相與液相物質(zhì)具有較好的吸附作用,其外比表面積大,吸脫速度快,為粒徑椰殼活性炭10~100倍。隨著比表面積增大,細(xì)孔的平均孔徑隨之增大,細(xì)孔容積增加,在細(xì)孔內(nèi)發(fā)生吸附后充填細(xì)孔內(nèi)。其比表面積增大吸附容量大,為粒狀椰殼活性炭的10倍,可吸附處理低濃度廢氣或具有高活性的物質(zhì)。ACF的體積密度小,濾阻小、可吸附粘度較大的液態(tài)物質(zhì),且動(dòng)力損耗小。
2.2 表面化學(xué)結(jié)構(gòu)
ACF固體表面原子呈不飽和結(jié)構(gòu),具有獨(dú)特的表面化學(xué)性能,微晶在燃燒溫度低時(shí)易與氧化介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成氧化產(chǎn)物,主要有羧基、酚基、醌基等含氧基團(tuán),及含硫基、氮元素、鹵素等官能團(tuán)。其表面酸性與吸附平衡有密切的關(guān)系。按照國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(1UPAC)的分類標(biāo)準(zhǔn),吸附劑的細(xì)孔分為三類:孔徑大于50nm的為大孔,2nm~50nm的為中孔,0.8nm~2nm的為微孔以及小于0.8nm的為亞微孔。ACF的孔主要是亂層結(jié)構(gòu)炭和石墨微晶形成的微孔。微孔的大量存在使ACF的表面積增大,同時(shí)也使其吸附量提高。吸附劑中的大孔是作為被吸附分子到達(dá)吸附位的通道,它控制著吸附速度;ACF其纖維直徑一般在10nm~13nm、外表面積大、微孔豐富且分布窄、易于與吸附質(zhì)接觸、擴(kuò)散阻力小,所以其吸脫附速度快,有利于吸附分離。而且,可以根據(jù)需要制成氈、布、紙等各種形態(tài),適應(yīng)于多種用途。ACF是由CF活化而成。CF為多晶亂層石墨結(jié)構(gòu),轉(zhuǎn)化成ACF后,結(jié)構(gòu)基元不變化。ACF是非均勻性的多相結(jié)構(gòu)。由于高溫水蒸氣將部分原子脫去后形成微孔結(jié)構(gòu)使之生成羧基、羰基等含氧活性基團(tuán),使其表面的酸性增加。比表面積約為1 200m2/g,遠(yuǎn)大于CF,在苛刻條件下活化時(shí)可達(dá)3 000m2/g。ACF為分布狹窄單一孔徑的微孔結(jié)構(gòu),其孔可以產(chǎn)生毛細(xì)管的凝聚作用。由于具有微孔,其吸附、脫附速率遠(yuǎn)大于兩個(gè)數(shù)量級,吸附量大。在填充床中流體的床層阻力小,可作為催化劑與催化劑載體使用在ACF分子內(nèi)的痕量雜原子為磷、氮、氯等。在活化時(shí),部分雜原子被脫去后,表面的雜質(zhì)大大減少。由于活化中氧化氣體的作用,表面含氧基團(tuán)增強(qiáng),主要有酸性基團(tuán),如羧基等。中性基完備如羰基、內(nèi)酯基等。堿性基團(tuán)有過氧化基等。ACF會(huì)因活化的方法不同,而生成不同表面含氧基與表面酸堿性不同的產(chǎn)物。在水的作用下,其氧化還原能力更強(qiáng)。由于水的存在可以使一些基團(tuán)氧化成羥基。由此在表面含氧基團(tuán)數(shù)目增加后,表面氧化還原容量增大。
3 實(shí)際應(yīng)用
近年來,隨著人類環(huán)保意識(shí)的不斷加強(qiáng),對于生存的環(huán)境,特別是對空氣、水等凈化密切相關(guān)的椰殼活性炭等環(huán)保材料的性能要求越來越高,粒狀或粉狀椰殼活性炭已能很好滿足使用要求。傳統(tǒng)的椰殼活性炭是一種粒狀或粉狀的炭材,自20世紀(jì)初實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)以來,在分離及凈化水及其它液體的除臭、凈化等方面得到廣泛應(yīng)用。粒狀或粉狀的結(jié)構(gòu),它的吸附速度較慢,分離效率不高,特別是它的物理形態(tài)在應(yīng)用時(shí)有許多不便,限制了應(yīng)用范圍。ACF孔徑小且分布窄,吸附速度快,吸附量大,容易再生。與粉狀(5nm~30nm)椰殼活性炭相比,ACF在使用過程中產(chǎn)生的微粉塵少,可制成紗、線、織物、氈等多種形態(tài)的制品,使用時(shí)更加靈活方便。ACF被認(rèn)為是21世紀(jì)最優(yōu)秀的環(huán)保材料之一,在氣體和液體凈化、有害氣體及液體吸附處理、溶劑回收、功能電極材料等方面已得到成功應(yīng)用。
3.1 廢水處理
ACF廣泛用于處理工業(yè)用廢水,去除氣體與惡臭物質(zhì),水溶液中的無機(jī)物、有機(jī)物及貴重金屬等離子、微生物及細(xì)菌,低濃度吸附的吸附回收。用于凈化處理具有吸附容量大、吸附速度快、脫附速度快、灰分少、處理量大、使用時(shí)間長等優(yōu)點(diǎn)。凈水用的ACF,可用浸漬法使ACF的孔隙中充滿特殊的液狀合成抗菌劑,經(jīng)干燥,抗菌劑固定在ACF內(nèi),特別適用于家庭用凈水器。家用小型凈水器則是多種多樣,已經(jīng)開發(fā)的超小型凈水器可適用旅行、野營、登山和救災(zāi)人員,具有過濾、除臭、滅菌和把硬水變?yōu)檐浰奶幚�。對水質(zhì)的處理具有特殊的功能。在污水處理中,用ACF吸附往往用于二級處理或三級處理。將ACF用于環(huán)保工程中,其操作安全,由于體積密度小和吸脫層薄,不會(huì)造成蓄熱和過熱現(xiàn)象,也不易發(fā)生事故,且節(jié)能和經(jīng)濟(jì),可用于大型上水凈水池的處理,不僅凈化效率高,而且處理量大,裝置緊湊占地面積小,設(shè)備投資小和效益高。ACF還可用于水及糖廠的凈水裝置,可達(dá)到脫色、脫臭和去除有機(jī)物的目的。
椰殼活性炭纖維優(yōu)異的吸附、脫附性能已在有機(jī)廢水處理中獲得應(yīng)用。如有機(jī)化工中含氯仿廢水、頁巖油干餾廢水、嗎啉廠廢水、多氯聯(lián)苯廢水、酚廢水、有機(jī)染料廢水、己內(nèi)酰胺、乙酰胺和異丁醇廢水等。椰殼活性炭纖維對某些有機(jī)染料如結(jié)晶紫、溴酚藍(lán)、鉻藍(lán)黑R等,吸附量大、去除率高。含釔的瀝青基ACF可以有效吸附(如酸性藍(lán)9、酸性藍(lán)74、酸性橙10、酸、染料(直接黑19、直接黃11、直接黃(堿性棕1、堿性青蓮3)等。對廢水進(jìn)行吸脫附實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明,凈化效率為100%,揮發(fā)酚為100%。ACF適用于各種有機(jī)廢水的處理,可對含氯廢水、制藥廠廢水、苯酚廢水、有機(jī)染料廢水、四苯廢水、己內(nèi)酰胺廢水、二甲基乙酰胺和丁醇廢水進(jìn)行處理。其吸附能力比粉末椰殼活性炭的吸附能力高得多,尤其適用于高平衡濃度時(shí),每克ACF的吸附量約為粉末椰殼活性炭的3倍。在升高溫度后,其吸附能力提高。吸附劑本身的化學(xué)組成及結(jié)構(gòu)特征是影響ACF吸附性能的一個(gè)重要的因素,劍麻基椰殼活性炭纖維(SACF)隨著比表面積的增加對有機(jī)物的吸附量一般成比例增加,而且SACF的表面化學(xué)基團(tuán)、孔結(jié)構(gòu)以及吸附質(zhì)的性質(zhì)、空間位阻也影響著吸附量的大小。
用劍麻基ACF可有效去除水中的各種有機(jī)染料,如亞甲基藍(lán)、結(jié)晶紫等,去除率可達(dá)100%。含釔的瀝青基ACF吸附酸性染料,如酸性藍(lán)9、酸性藍(lán)74、酸性橙10、酸性橙51等,也用于直接染料如直接藍(lán)19、直接黃11、直接黃50及堿性染料堿性棕
1、堿性青紫3等。
對煉油廢水處理的結(jié)果表明,ACF處理煉油廢水對濁度的有效凈化率為100%,揮發(fā)酚為100%,COD為88.3%,油98.4%,并對二氧化硫、二氧化碳、堿度、硬度和磷酸均有凈化作用。對高濃度和成分復(fù)雜的頁巖油干餾廢水處理后,COD可低于2000mg/L。
ACF對金屬離子具有較好的吸附性能,可吸附水中的銀、鉑、汞、鐵等多種離子并能夠?qū)⑵溥€原。在大多數(shù)情況下,其氧化還原反應(yīng)可以大大促進(jìn)對這些金屬離子的吸附。
ACF對金屬離子有較好的吸附,吸附過程中能將高價(jià)的金屬離子還原為低價(jià)的金屬離子或單體。
3.2 飲用水的凈化
隨著工業(yè)的發(fā)展與都市人口的密集,水的污染越來越嚴(yán)重,都市區(qū)內(nèi)的生活廢水處理量已越來越大。在廢水中特別是工業(yè)廢水中的有機(jī)污染物有大量增加的趨勢,并且化工、冶金、煉焦、輕工等產(chǎn)業(yè)中的廢水為最主要的污染源,其含有的有毒物和有害物已在對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成威脅。隨著城市化的加速,有機(jī)物的污染,都市生活污水量的不斷增加,使工業(yè)廢水中排放的有機(jī)物不僅數(shù)量增加而且有毒的物質(zhì),對環(huán)境造成極大危害,因此確保優(yōu)質(zhì)飲用水的供應(yīng)是一件至關(guān)重要的事情。用ACF處理地下水可以獲得很好的效果。自來水中的殘氯也可用ACF吸附。地下水中的三氯乙烯(TCE)不僅使飲用水變味,而且在人體某一器官內(nèi)積累后將誘發(fā)致癌,因此TCE的污染是一個(gè)非常嚴(yán)重的問題。ACF對水中TCE的吸附量為粒狀椰殼活性炭的4倍。對大腸桿菌的吸附,所吸附的細(xì)菌數(shù)量隨比表面積的增大而增大。細(xì)菌吸附量還與ACF表面銀顆粒的大小有關(guān)。對水中的生物吸附,ACF也非常有效。近年來,城市人口的增加已使飲用水的供應(yīng)不足,國內(nèi)用椰殼活性炭處理三鹵甲烷廢水,其有效去除率僅為40%。對地下水的檢測表明,在水中已含有多種氯化物,這些氯化物具有致癌作用,自來水中的含氯物質(zhì)可用ACF加以去除。用ACF去除水中的三氯乙烯時(shí),ACF的吸附量為粒狀椰殼活性炭的4倍,在實(shí)際處理中可比椰殼活性炭大1個(gè)數(shù)量級。
目前ACF已廣泛用于凈水器,特別是載銀ACF具有吸附和滅菌的雙重功能。用載銀ACF對大腸桿菌進(jìn)行吸附,在銀含量增加,比表面增大時(shí),其吸附量增大,對水中其它微生物的吸附同樣有效。
椰殼活性炭的廠家:http://www.gydfjs.com
廠家銷售電話:0371-64366368 手機(jī):13503822368
在線QQ :414222901
聯(lián)系人:張經(jīng)理
椰殼活性炭品質(zhì)體現(xiàn)生活,魅力源于追求