一種高密度活性炭纖維的製備方法

2023-11-07 10:51:57

專利名稱：一種高密度活性炭纖維的製備方法
技術領域：
本發明屬於一種高性能活性炭纖維的製備方法，具體地說涉及一種高密度活性炭纖維的製備方法。
提高活性炭纖維密度最有效方法之一是採用樹脂粘合劑與活性炭混合，在一定壓力下成型後，再經炭化活化處理即可得到高密度活性炭。如中國專利(申請號00104485)公布了一種製備硬質塊狀活性炭纖維的方法，其特徵在於(1)將液體有機高聚物或高聚物溶液與交聯劑按重量比為有機高聚物∶交聯劑＝3-20∶1的組成進行混合，得到高聚物溶液混合物；(2)將0.5-5毫米長的活性炭纖維或活性炭纖維粉末按重量比為活性炭纖維或活性炭纖維粉末∶高聚物溶液混合物＝1-10∶1的比例加入到高聚物溶液混合物中，攪拌混合均勻，得到混合物；(3)將混合物放入模具中，加熱到100-240℃，固化20-240分鐘，得到塊狀物；(4)將化學活化劑配成濃度為10-70％的水溶液，將所制塊狀物在活化劑溶液中浸泡20-120分鐘，拿出塊狀物，烘乾後稱量其重量，使活化劑與塊狀物重量比為活化劑∶塊狀物＝0.5-10∶1；(5)將含活化劑的塊狀物置於炭化爐中，空氣中按1-20℃/分的升溫速率升溫到200-300℃，予氧化處理5-240分鐘，然後在惰性氣氛下以2-20℃/分的升溫速率升溫到400-1000℃處理10-240分鐘。中國專利(申請號00104486)還公布了一種硬質塊狀活性炭纖維的製備方法，其特徵在於(1)將液體有機高聚物或固體高聚物的溶液與交聯劑按重量比為有機高聚物∶交聯劑＝3-20∶1的組成進行混合，得到高聚物溶液混合物；(2)將0.5-5毫米長的活性炭纖維或活性炭纖維粉末按重量比為活性炭纖維或活性炭纖維粉末∶高聚物溶液混合物＝1-10∶1的比例加入到高聚物溶液混合物中，攪拌混合均勻，得到混合物；(3)將混合物放入模具中，加熱到100-240℃，固化20-240分鐘，得到塊狀物；(4)將塊狀物置於炭化爐，在空氣中按1-30℃/分的升溫速率升溫到200-300℃，預氧化5-240分鐘，然後通入惰性氣體並在惰性氣體保護下，按2-20℃/分的升溫速率升溫到400-1000℃，進行炭化0-240分鐘；(5)炭化處理後，通入活化氣進行活化1-120分鐘，降至室溫後得到硬質塊狀活性炭纖維。在這兩種製備方法中，前者需要添加化學活化劑，而後者需要二次活化，並且兩種方法都存在製備工藝過於繁瑣的缺陷。
本發明是通過下列方法實現的1、將活性炭纖維剪切成長度為0.5-5毫米長的短段。
2、按重量比為0.08～0.6∶1的比例，將固含物為40-60％的粘合劑加入活性炭纖維中，在研磨混合過程中，加入水調節混合物的乾濕度，製成膠泥狀混合物；3、將膠泥狀混合物直接裝入到模具中，在200～400kg/cm-2的壓力下成型，製得塊狀活性炭纖維；4、將成型後的活性炭纖維放到馬福爐中，以2-20℃/分的升溫速率加熱到180～220℃進行乾燥和固化處理，並在該溫度下保持0.5～2小時使反應完全，然後降到室溫得到高密度活性炭纖維。
如上所述的活性炭纖維是酚醛基活性炭纖維、粘膠基活性炭纖維、聚丙烯腈基活性炭纖維或瀝青基活性炭纖維。
如上所述的粘合劑為一種水溶性改性的澱粉粘合劑。
如上所的模具是球冠狀模具，圓柱形模具或者長方形模具等。
本發明特徵是採用一種廉價的對環境無汙染的水溶性改性澱粉膠為粘合劑，該產品具有良好的機械強度和耐水性能，具有與原活性炭纖維相近的吸附性能，具有較高的密度，密度比原活性炭纖維提高3～8倍。
本發明的另一特徵是在製備過程中不需對產品進行二次炭化和活化處理，因而有效的抑制了目前製備方法中的由於二次炭化和活化處理帶來得能耗和對環境的汙染問題。
在本發明的製備過程中，熱處理過程不需要惰性氣氛的保護，處理溫度低，因而簡化了高密度活性炭纖維的製備操作工藝。
因此，本發明降低了高密度活性炭纖維的製備成本，提高了高密度活性炭纖維的產量。由於該技術具有操作工藝簡單、成本低廉和無汙染等優點，因而具有良好的社會效益和經濟效益。
如上所述的高密度活性炭纖維的形狀可以是各種形狀的塊狀物，其密度為0.4～0.8g/cm3。
實施例2、稱5克改性澱粉粘合劑和10克聚丙烯腈基活性炭纖維短切物(長度0.5-1毫米)粉末，直接將粘合劑加入到活性炭纖維粉末中，在研缽研磨充分混合均勻後，放入長度為10cm，寬度為5cm的長方形模具中，在200kg/cm2的壓力下成型。再將該成型物放入馬福爐中以10℃/分的升溫速率加熱到200℃，保溫1小時後，取出後即可得厚度約為0.5cm厚的狀高密度活性炭纖維。該樣品的密度為0.5g/cm3，在室溫條件下，樣品的苯吸附的重量百分數為30％(40小時)，相應的活性炭纖維的苯吸附的重量百分數為35％。
實施例3、稱2克改性澱粉粘合劑和10克長度為1-2mm的酚醛基活性炭纖維末，用1毫升水稀釋粘合劑後，加入到活性炭纖維粉末中，用研缽充分混合後，再稱2克混合物，放入直徑為13毫米的模具中，在壓力為400kg/cm-2的條件下成型，成型物放入馬福爐中加熱到220℃，保溫0.5小時後，即可得到圓柱狀高密度活性炭纖維。該樣品的密度為0.6g/cm3，在室溫條件下，苯吸附的重量百分數為28％(40小時)，相應的活性炭纖維的苯吸附的重量百分數為25％。
實施例4、稱2克改性澱粉粘合劑和6克長度為2-4mm的粘膠基活性炭纖維末，將粘合劑直接加入到活性炭纖維粉末中，充分研磨混合均勻後，再將混合物放到直徑為20mm的模具中，在250kg/cm-2的壓力下成型後，放到馬福爐中，以15℃/分的升溫速率加熱到180℃，保溫1小時後，即可得到直徑為20毫米左右的柱狀高密度活性炭纖維。該樣品的密度為0.6g/cm3，室溫條件下，苯吸附的重量百分數為35％(40小時)，相應的活性炭纖維的苯吸附的重量百分數為40％。
實施例5、稱2克改性澱粉粘合劑和8克粘膠基活性炭纖維短切物(長度2-4毫米)，用1毫升水稀釋粘合劑後，在研缽中將二者充分研磨混合均勻後，再稱混合物1克，放入直徑為13毫米的模具中，在壓力為400kg/cm-2的條件下成型，製成直徑為13毫米的圓柱狀活性炭，然後放入馬福爐中加熱到200℃，保溫1小時後，即可得到圓柱狀高密度活性炭纖維。該樣品的密度為0.8g/cm3，在室溫條件下，苯吸附的重量百分數為38％(40小時)，相應的活性炭纖維的苯吸附的重量百分數為40％。
權利要求
1.一種高密度活性炭纖維的製備方法，其特徵在於包括如下步驟(1)、將活性炭纖維剪切成長度為0.5-5毫米長的短段。(2)、按重量比為0.08～0.6∶1的比例，將固含物為40-60％的粘合劑加入活性炭纖維中，在研磨混合過程中，加入水調節混合物的乾濕度，製成膠泥狀混合物；(3)、將膠泥狀混合物直接裝入到模具中，在200～400kg/cm-2的壓力下成型，製得塊狀活性炭纖維；(4)、將成型後的活性炭纖維放到馬福爐中，以2-20℃/分的升溫速率加熱到180～220℃進行乾燥和固化處理，並在該溫度下保持0.5～2小時使反應完全，然後降到室溫得到高密度活性炭纖維。
2.如權利要求1所述的一種高密度活性炭纖維的製備方法，其特徵在於所述的活性炭纖維是酚醛基活性炭纖維、粘膠基活性炭纖維、聚丙烯腈基活性炭纖維或瀝青基活性炭纖維。
3.如權利要求1所述的一種高密度活性炭纖維的製備方法，其特徵在於所述的粘合劑為一種水溶性改性的澱粉粘合劑。
全文摘要
一種高密度活性炭纖維的製備方法是按重量比為0.08～0.6∶1將粘合劑加入活性炭纖維中，製成膠泥狀混合物，成型，製得塊狀活性炭纖維；將成型後的活性炭纖維加熱到180～220℃進行乾燥和固化處理，降到室溫得到高密度活性炭纖維。本發明具有操作工藝簡單、成本低廉和無汙染的優點。
文檔編號D01F9/12GK1455036SQ0313702
公開日2003年11月12日 申請日期2003年5月29日 優先權日2003年5月29日
發明者靳國強, 郭向雲 申請人:中國科學院山西煤炭化學研究所