硼酸活化法製備活性碳纖維的工藝的製作方法

2023-06-12 20:52:56

專利名稱：硼酸活化法製備活性碳纖維的工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種活性碳纖維的製備方法。
活性碳纖維具有發達的比表面和優秀的孔結構，吸附能力強，因此在環境保護等領域有良好的應用前景。隨著人類環境意識的不斷提高，這種高效吸附分離材料的生產和應用開發工作越來越引起人們的重視。近年來，活性碳纖維的生產工藝和設備不斷改善，應用技術不斷發展，已創造了良好的環境和經濟效益。然而，目前絕大多數的活性碳纖維仍是採用水蒸氣活化的方法製備，這種工藝需要較高的碳化活化溫度，通常在800至900℃，而且，產品得率較低，通常在14-20％。因此存在能耗較大，產品成本高的缺點。近來，人們主要在磷酸活化劍麻基活性碳纖維的製備工藝進行了一些研究，取得了一定成果。磷酸活化製備工藝雖然可大大提高所得產品的得率，但纖維的機械性能較差，脆性大，應用領域受到限制。此外，磷酸活化的工藝存在預處理纖維吸潮性很大，這給生產操作和預處理材料的存放和管理帶來不便。
本發明的目的是提供一種生產操作容易，產品柔軟性好，活化溫度低，產品得率高的活性碳纖維生產工藝。
本發明的方法是將纖維素纖維原料置於硼酸水溶液中浸泡至纖維充分溼潤，撈出擰乾，低溫(100℃)下幹操，在氮氣保護下加熱碳化活化20至120分鐘，加熱溫度為350至800℃，然後自然冷卻後用水洗多次，在110至120℃烘乾。在本發明方法中，硼酸濃度控制在2～15％或更高，但為節省原料和降低成本，硼酸濃度不必太高。原料纖維浸泡硼酸的時間為幾小時至幾十小時，至纖維充分溼潤為止。硼酸在原料纖維上的負載量控制在9～90wt％。
採取硼酸作為碳化活化劑浸泡纖維原料，方法簡單，操作容易，特別是碳化活化溫度較低，使能耗大大降低，產品得率可達30％以上，比用其它方法均高，且產品柔軟性能好。


圖1為採用本發明工藝在三種不同活化溫度製備的活性碳纖維的孔徑分布曲線。
圖2為採用本發明工藝在三種不同活化溫度製備的活性碳纖維的孔徑--累積比表面積關係曲線。
圖1中，縱座標為孔容積(CC/g)，橫座標為孔徑(),B500、B700、B800分別為500、700、800℃溫度下硼酸活化的活性碳纖維的孔徑分布曲線。圖中說明產品的孔徑主要在5～10之間。
圖2中，縱座標的累積比表積(m2/g)。橫座標為孔徑，B500、B700、B800分別為500、700、800℃溫度下硼酸活化的活性碳纖維的孔徑與累積比表面積關係曲線。圖中說明產品的累積比表面積達500～580m2/g。
以下通過實施例對本發明作進一步說明實施例1、取原料纖維10.4克，用200毫升2.5％硼酸溶液中浸泡24小時，撈出，擰乾，低溫烘乾後，硼酸在原料纖維上負載量為7.0wt％。將處理後的纖維放置於碳化活化爐中，在氮氣保護下升溫至500℃，反應90分鐘。然後自然冷卻降溫至室溫，取出纖維用水洗5次，120℃烘乾。測得產品的得率為35.7wt％，比表面積為413米2/克，對苯蒸汽的吸附量153毫克/克。
實施例2、取原料纖維8.0克，用200毫升5％硼酸溶液中浸泡20小時，撈出，擰乾，低溫烘乾後，硼酸在原料纖維上負載量為31wt％。將處理後的纖維放置於碳化活化爐中，在氯氣保護下升溫至500℃，反應120分鐘。然後自然冷卻降溫至室溫，取出纖維用水洗4次，120℃烘乾。測得產品的得率為34.4wt％，比表面積為505米2/克，對苯蒸汽的吸附量189毫克/克。
實施例3、取原料纖維9.8克，用200毫升7.5％硼酸溶液中浸泡2小時，撈出，擰乾，低溫烘乾後，硼酸在原料纖維上負載量為58wt％。將處理後的纖維放置於碳化活化爐中，在氮氣保護下升溫至500℃，反應20分鐘。然後自然冷卻降溫至室溫，取出纖維用水洗4次，120℃烘乾。測得產品的得率為38.6wt％，比表面積為493米2/克，對苯蒸汽的吸附量180毫克/克。
實施例4、取原料纖維11.4克，用200毫升10％硼酸溶液中浸泡24小時，撈出，擰乾，低溫烘乾後，硼酸在原料纖維上負載量為88wt％。將處理後的纖維放置於碳化活化爐中，在氮氣保護下升溫至500℃，反應90分鐘。然後自然冷卻降溫至室溫，取出纖維用水洗3次，120℃烘乾。測得產品的得率為37.1wt％，比表面積為465米2/克，對苯蒸汽的吸附量187毫克/克。
實施例5、取原料纖維9.61克，用200毫升12.5％硼酸溶液中浸泡10小時，撈出，擰乾，低溫烘乾後，硼酸在原料纖維上負載量為26wt％。將處理後的纖維放置於碳化活化爐中，在氮氣保護下升溫至500℃，反應90分鐘。然後自然冷卻降溫至室溫，取出纖維用水洗5次，120℃烘乾。測得產品的得率為34.2wt％，對苯蒸汽的吸附量200毫克/克。
實施例6、取原料纖維8.88克，用200毫升6.2％硼酸溶液中浸泡20小時，撈出，擰乾，低溫烘乾後，硼酸在原料纖維上負載量為9.0wt％。將處理後的纖維放置於碳化活化爐中，在氮氣保護下升溫至350℃，反應90分鐘。然後自然冷卻降溫至室溫，取出纖維用水洗4次，120℃烘乾。測得產品的得率為46.9wt％，對苯蒸汽的吸附量59毫克/克。
實施例7、取原料纖維11.4克，用200毫升6.2％硼酸溶液中浸泡15小時，撈出，擰乾，低溫烘乾後，硼酸在原料纖維上負載量為9.0wt％。將處理後的纖維放置於碳化活化爐中，在氯氣保護下升溫至700℃，反應90分鐘。然後自然冷卻降溫至室溫，取出纖維用水洗5次，120℃烘乾。測得產品的得率為32.5wt％，比表積為499米2/克，對苯蒸汽的吸附量206毫克/克。
實施例8、取原料纖維12.2克，用200毫升6.25％硼酸溶液中浸泡10小時，撈出，擰乾，低溫烘乾後，硼酸在原料纖維上負載量為9wt％。將處理後的纖維放置於碳化活化爐中，在氯氣保護下升溫至800℃，反應90分鐘。然後自然冷卻降溫至室溫，取出纖維用水洗5次，120℃烘乾。測得產品的得率為32.9wt％，比表積為496米2/克，對苯蒸汽的吸附量187毫克/克。
權利要求
1.一種硼酸活化法製備活性碳纖維的工藝，其特徵是將纖維素纖維原料置於硼酸水溶液浸泡至纖維充分溼潤，撈出擰乾，低溫下乾燥，在氮氣保護下加熱碳化活化20至120分鐘，碳化活化溫度為350至800℃，然後自然冷卻後用水洗多次，在110至120℃烘乾。
2.一種如權利要求1所述的硼酸活化法製備活性碳纖維的工藝，其特徵是硼酸水溶液的濃度為2～15％。
全文摘要
本發明涉及一種活性碳纖維製備方法。採取硼酸作為碳化活化劑浸泡纖維素纖維原料，取出乾燥後，置於加熱爐中碳化活化一定時間，得到活性碳纖維。本發明方法操作方便，產品得率高，生產成本低，雜質含量低。
文檔編號D01F9/16GK1238395SQ99116239
公開日1999年12月15日 申請日期1999年6月11日 優先權日1999年6月11日
發明者符若文, 張永成, 曾漢民 申請人:中山大學