[发明专利]由木质纤维制备具有中空结构的活性炭纤维的方法

说明书

本发明公开了一种以木质纤维原料制备活性炭纤维的方法。将由木质纤维原料抄成定量的纸张。将所得的纸张放入管式炉中，在氮气的保护下升温至200~300 ^oC，然后升温至400~600 ^oC，并在此温度下保温一段时间得到炭纤维。将所得的炭纤维以磷酸、氯化锌、氯化铵、氢氧化钾、氢氧化钠、磷酸氢二钾为活化剂，600~800 ^oC进行活化反应制得具有中空结构的活性炭纤维。本发明所述的方法制备的炭纤维具有中空结构、孔径小及孔径分布窄的优点，将可以作为吸附材料或催化载体应用于环境、化工、纺织、军工等行业。

技术领域

本发明属于活性炭纤维制备领域，具体涉及由木质纤维为原料制备具有中空结构的活性炭纤维的方法。

背景技术

活性炭纤维由于具有高比表面积、吸附效果好及良好的微孔结构等优点，最近几年有关活性炭纤维的制备已经成为热门的研究方向。人工合成纤维如聚丙烯腈是制备活性炭纤维的一种前躯体，但是聚丙烯纤维来源于不可再生的化石资源，且制备的活性炭纤维面积相对较小。天然生物质纤维如棉纤维、麻纤维、针叶木纤维和阔叶木纤维等，具有可再生的优点，而且天然纤维大多具有天然的中空结构，用该纤维制备的活性炭纤维的比表面积比人工合成纤维的比表面积大。

活性炭纤维的制备主要包括炭化和活化。其中升温速率、保温时间和惰性气体（如氮气、氩气等）流速对炭化过程影响较大。活化包括物理活化和化学活化。化学活化一般是把炭化后的纤维在一定浓度的活化剂（如氢氧化钾，氯化锌等）溶液中充分浸渍，然后加热到一定温度，再用稀酸溶液洗涤炭纤维，最后得到的炭纤维会产生大量的孔隙结构，同时比表面积也会增加。

炭化和活化过程的诸多条件，如升温速率、保温时间、惰性气体流速、活化剂类型和活化剂与超纯水的比例等，对所制备活性炭纤维的孔隙分布、比表面积和机械强度等性质有重要影响。因此对各条件的探究及优化十分重要。

发明内容

本发明旨在制备一种孔径小、孔径分布窄的具有中空结构的活性炭纤维。

本发明主要通过以下技术方案实现。

一种由木质纤维制备具有中空结构的活性炭纤维的方法，包括以下步骤：

（1）将木质纤维在蒸馏水中浸泡12~48 h，对浸泡过的纸浆进行疏解后，抄成定量为60~140 g/m²的纸张，并在常温下风干48~96 h；

（2）将步骤（1）所得的纸张放入管式炉中进行两个阶段的碳化处理，第一阶段，在氮气的保护下升温至200~300 ^oC；第二阶段，继续通氮气，然后将第一阶段的管式炉温度以不同于第一阶段的升温速率升至400~600 ^oC，并在400~600 ^oC温度下保温30~180 min，然后冷却至20~30 ^oC，得炭纤维；

（3）将步骤（2）所得的炭纤维在600~800 ^oC进行活化，活化的时间为60~180 min，得具有中空结构的活性炭纤维。

优选地，步骤（1）中的所述木质纤维和蒸馏水的质量体积比为0.7~2.67：100 g/mL。

优选地，所述步骤（2）中第一阶段的升温速率为10~20 ^oC/min。

优选地，所述步骤（2）中第二阶段的升温速率为1~10 ^oC/min。

优选地，步骤（3）中的所述活化包括以下步骤：

1）将活化剂与水以质量比为0.7~1:1混合均匀，得混合液；

2）将步骤（2）中的炭纤维放入混合液中浸泡6~24 h，将浸泡之后的炭纤维放入管式炉中；