专利名称:活性炭纤维的超声改性方法
技术领域：
本发明涉及一种纤维改性的方法，特别是一种活性炭纤维的超声改性方法。属于材料科学领域。
背景技术：
活性炭纤维作为一种新型吸附催化材料被广泛的应用，为了使其在各个不同领域中得到最有效的利用，有了各种各样的活性炭纤维改性技术。常用的改性方法有高温水蒸气活化法，化学试剂浸渍法和一些针对活性炭纤维使用过后的脱附方法。水蒸气活化法比较环保，无二次污染，且温度比较好控制，但是其工艺比较复杂，工序比较多，成本比较高，只能进行小批量的生产，而且这种改性只对部分应用领域的活性炭纤维有效。化学试剂浸渍法可以灵活的针对各种不同的应用领域进行改性，提高其活性和利用率，但是这种方法一般会产生二次污染，而且试剂的选择以及用量的控制存在不确定性。而对活性炭纤维的脱附只能是说对活性炭纤维的再生，而不是改性，并且一旦使用这种方法，生产的连续性被破坏。
经对现有技术进行文献检索发现，中国专利号98123524.7，名称为“一种具有高脱硫率的活性炭纤维的制备方法”的专利，提供了一种具有高脱硫活性的活性炭纤维的制备方法，将炭纤维或氧化纤维放置在活化炉中在N2保护下升温到750-950℃后，用3.5M-10.5M氨水活化1小时，然后在N2保护下自然冷却即得具有高脱硫活性的活性炭纤维。该方法比较有效，但是制备程序比较复杂，而且要额外使用其它试剂，造成比较多的资源消耗。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种活性炭纤维的超声改性方法，使其采用普通的超声波发生装置和调节装置就可以进行活性碳纤维的超声改性，设备简单、工艺流程比较少，而且超声处理通过水的超声空化来实现，不需要附加其它化学试剂，也不需要其它特殊的处理环境，不会产生二次污染，并能够明显改善活性炭纤维对二氧化硫的脱除活性，非常有效。
本发明是通过如下技术方案实现的，本发明采用了一个超声振动头和一个配套的调节器对活性炭纤维进行改性，超声波在水中产生瞬间高温高压，高温高压作用可以改变活性炭纤维的孔结构以及表面官能团结构，从而改变活性炭纤维的脱硫性能；改性过程如下将待处理的活性炭纤维浸泡到水中，然后将超声振动头也放入水中，其后通过配套的调节器调节超声频率、输出功率和超声作用时间，启动超声振动头，最终实现对活性碳纤维的超声活化。
本发明方法具体步骤包括(1)选择具有比较好的脱硫效果的活性炭纤维(一般为聚丙烯基活性炭纤维)进行改性；(2)选择合适于所选频率的超声振动头以及配套的调节器；(3)把活性炭纤维浸泡到水中，并放在超声振动头的正下方，活性炭纤维完全暴露在超声作用的范围，活性炭纤维的尺寸为超声振动头尺寸的1-1.5倍；(4)通过调节器设定所需超声的频率和作用时间，通过调节电流的大小(可以通过电流表读出)来调节输出功率；(5)启动超声振动头，进行改性，启动10s后能够观察到不断的有微小的水泡生成和崩溃的现象，说明有超声空化正在进行，超声改性就是通过超声空化产生的瞬间高温、高压作用到活性炭纤维的微孔和表面，改变它的微孔结构以及表面官能团的结构。
超声作用可以使超声对于活性炭纤维各个部位的作用均匀，使改性性能比较理想，超声的作用可以使得活性炭纤维的孔结构和表面官能团得到合理的编辑。
本发明方法只需将市场上买到的活性炭纤维放入水中，然后调好超声振动头的超声频率、输出功率和超声作用时间就可以进行改性，不需要其它的附加试剂，而且没有二次污染，非常环保。
本发明中通过超声改性的活性炭纤维对二氧化硫的静态吸附能力机会增强一倍，而催化氧化二氧化硫动态平衡时的效率也可以提高20％左右。采用非常简便的技术就可以达到非常好的改性效果。
具体实施方式下面对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例把聚丙烯腈活性炭纤维浸泡在水中，放到超声振动头的正下方。通过调节器设定了一个25KHz的超声频率，设定作用时间为10分钟，通过调节电流表的读数，选择100w和600w两个不同的功率，然后开启超声振动头，作用10分钟，对聚丙烯腈活性炭纤维进行改性，超声完成后，将改性的聚丙烯腈活性炭纤维取出。超声发生器启动之后，可以观察到活性炭纤维上以及附件的水域都有微小水泡不断的生成，然后崩溃，这就是超声空化作用。通过超声空化产生的瞬间高温、高压作用，可以改变活性炭纤维的微孔结构以及表面官能团的结构。另取相同的聚丙烯腈活性炭纤维，浸泡于水中，十分钟后取出。
改性的聚丙烯腈活性炭纤维与泡过水的未改性聚丙烯腈活性炭纤维一起自然晾干，然后分别进行二氧化硫的静态吸附和动态脱附实验。
静态吸附实验结果表明，未改性聚丙烯腈活性炭纤维的完全吸附时间在60min左右，而改性的聚丙烯腈活性炭纤维完全吸附时间最高能达到130min，大大改善了吸附性能。
动态脱附实验结果表明，改性的聚丙烯腈活性炭纤维完全吸附时间大概延长一倍左右，反应体系中二氧化硫出口浓度从原来的105ppm降到60ppm左右，改性的聚丙烯腈活性炭纤维吸附效率从原来的50％提高到70％，提高了20％。
本发明利用超声改性技术，很好的提高了活性炭纤维对二氧化硫的静态吸附能力、以及动态脱附的脱硫效率，简单方便，环保清洁。
权利要求
1.一种活性炭纤维的超声改性方法，其特征在于，具体步骤包括(1)选择聚丙烯基活性炭纤维进行改性；(2)选择超声振动头以及配套的调节器；(3)把上述聚丙烯基活性炭纤维浸泡到水中，并放在超声振动头的正下方，聚丙烯基活性炭纤维完全暴露在超声作用的范围；(4)通过调节器设定超声频率、作用时间，通过调节电流大小来调节输出功率；(5)启动超声振动头，进行改性。
2.根据权利要求
1所述的活性炭纤维的超声改性方法，其特征是，所述的聚丙烯基活性炭纤维的尺寸为超声振动头尺寸的1-1.5倍。
3.根据权利要求
1所述的活性炭纤维的超声改性方法，其特征是，步骤(4)中所述的超声频率为25KHz。
4.根据权利要求
1所述的活性炭纤维的超声改性方法，其特征是，步骤(4)中所述的作用时间为10分钟。
5.根据权利要求
1所述的活性炭纤维的超声改性方法，其特征是，步骤(4)中所述的输出功率为100W-600W。
6.根据权利要求
1所述的活性炭纤维的超声改性方法，其特征是，步骤(5)中所述的启动超声振动头，进行改性，是指启动10s后能够观察到有微小的水泡生成和崩溃的现象，通过超声空化产生的瞬间高温、高压作用到活性炭纤维的微孔和表面，改变它的微孔结构以及表面官能团的结构。
专利摘要
一种活性炭纤维的超声改性方法，属于材料领域。本发明具体步骤包括(1)选择聚丙烯基活性炭纤维进行改性；(2)选择超声振动头以及配套的调节器；(3)把上述聚丙烯基活性炭纤维浸泡到水中，并放在超声振动头的正下方，聚丙烯基活性炭纤维完全暴露在超声作用的范围；(4)通过调节器设定超声频率、作用时间，通过调节电流大小来调节输出功率；(5)启动超声振动头，进行改性。本发明设备简单、工艺流程比较少，而且超声处理通过水的超声空化来实现，不需要附加其它化学试剂，也不需要其它特殊的处理环境，不会产生二次污染，并能够明显改善活性炭纤维对二氧化硫的脱除活性，非常有效。
文档编号D01F9/21GK1995504SQ200610148217
公开日2007年7月11日 申请日期2006年12月28日
发明者范浩杰, 刘金生, 陈叶, 章明川 申请人:上海交通大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan