专利名称：中孔活性炭纤维的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种中孔活性炭纤维的制备方法。
目前常规的活性炭纤维(ACF)大多为孔径＜2nm的微孔型纤维，其孔隙直接开口于纤维表面，使其在气相吸附中具有吸、脱附速度快的优点。但微孔型纤维却难以在涉及较大分子领域(如催化、电子、医药及液相吸附等)中应用。因此研制介于2-50nm的中孔发达活性炭纤维己成为多孔炭材料的发展方向之一。原丝的组成、结构及ACF的制备工艺共同制约着最终ACF的孔结构，但是若想大幅度提高其中孔含量，一般须从原丝着手。1993岛崎贤司(日本化学会志，7,807，1993)的研究报道了采用含二氧化钛的聚丙烯腈原丝活化制得中孔率达53％的ACF。1988年J.J.Freeman等人(Carbon，26(1)，7，1988)则提供了采用浸有磷酸氢钠的粘胶丝活化得到中孔率达72％的ACF的研究。上述两种方法中均使用了含金属离子的原丝，这样不仅增加了制备工序，而且使最终ACF中不可避免地含有较多的金属离子，从而限制了其在医药、催化等领域的应用。
本发明的目的在于提供一种不含金属离子的中孔活性炭纤维的制备方法。
本发明的中孔活性炭纤维的制备方法，是将树脂与炭素材料以1∶0.001-0.10的比例混合后溶于二甲基亚砜中，湿法纺制成含炭素材料0.1-10％(wt)的聚丙烯腈纤维，然后经预氧化、炭化、活化而成。
在上述方法中，所述的炭素材料可以是炭黑、石墨粉或活性炭。
上述方法中所述的预氧化、炭化、活化均可采用常规的工艺完成。
炭素材料都是基本由碳元素组成的物质，且具有粒径小(活性炭经研磨)的特点，可均匀分散于聚丙烯腈与二甲基亚砜组成的纺丝原液中，经纺丝可得到均匀的连续长丝。本发明在纺制聚丙烯腈原丝时加入这样的物质，然后经常规的预氧化、炭化、水蒸汽活化，制得中孔率为50-70％的中孔活性炭纤维。本发明的方法工艺简单，原料易得，产品中不含金属离子，可用于催化、医药、电子、液相吸附等需要中孔物质的领域。
实施例一将40g聚丙烯腈(PAN)树脂与0.4g炭黑(市售书写用炭黑)混合均匀后溶于270ml二甲基亚砜中，待充分溶解后，湿法纺制成含炭黑1WT％的PAN纤维。把此纤维缠绕于矩形不锈钢框上在240℃空气中预氧化4.5小时后，取下剪碎放入置于立式炭化、活化炉中的样品架中，然后以260ml/min的流量向炉中通入氮气，10分钟后以10℃/min的速度升温至830℃时，开始以0.10ml/min的流量向出口与炉体相连的水蒸汽发生器中泵入去离子水，此时活化炉仍以5℃/min的速度升温至880℃后开始恒温。活化30分钟后，关闭水计量泵，活化炉在氮气保护下降至室温，所得产品为样品A。
实施例二将1.2g炭黑(同上)与40gPAN树脂混合后溶于270ml二甲基亚砜中，纺丝后制成含炭黑3wt％的聚丙烯腈纤维，后续预氧化、炭化、活化工艺同实施例1，制得样品B。
实施例三把实施例1的原丝在实施例1的预氧化条件下氧化5小时后，炭化升温速度为7℃/min，氮气流量740ml/min，升温至850℃时开始通入水蒸汽(流量同实施例1)，仍以5℃/min速度继续升温至900℃后恒温，活化25分钟后在氮气保护下降至室温得样品C。
实施例四将20gPAN树脂与0.24g石墨粉(市售)均匀混合后溶于135ml二甲基亚砜中，待充分溶解后湿法纺丝，预氧化方法同实施例1。炭化升温速度为5℃/min，至850℃时，开始通入水蒸汽活化10分钟，其它条件同实施例1，得样品D。
实施例五将0.1g活性炭(市售，研磨后过320目筛)与20gPAN树脂均匀混合溶于135ml二甲基亚砜中，纺丝、预氧化方法同实施例1。炭化、活化方法同实施例3，活化时间35分钟，得样品E。
图1为ABC样品的吸附等温线。
图2为ABC样品的中孔孔径分布图。
图3为DE样品的吸附等温线。
图4为ADE样品的中孔孔径分布图。
下面表内列出的是A、B、C、D、E样品的孔结构参数序号 StV0.95VmlVmeVme/V0.95m2/g ml/g ml/g ml/g％A 1157.3 0.7040.346 0.358 50.9B 568.7 0.4260.177 0.249 58.5C 822.1 0.5140.264 0.250 48.6D 458.9 0.2260.146 0.080 35.4E 909.4 0.4490.290 0.159 35.4注St代表BET比表面积V0.95代表相对压为0.95时的吸附量对应的孔体积Vml代表微孔体积Vme代表V0.95减Vml得的中孔体积Vme/V0.95代表中孔率上述数据的测试是使用美国麦克公司ASAP 2000自动吸附仪采用容量法，以氮气为吸附质在液氮温度(77K)下进行吸附，由测得的吸附等温线采用BET法计算总表面积，由相对压力为0.95时的氮吸附值换算成液氮体积得到包括微孔和中孔体积的V0.95，由t法(B、C、Lippens人，J.Cat.，4，319，1965)计算中孔表面积和微孔体积，由V0.95减微孔体积得到中孔体积，由B.JH法(E.P Barrett等，J.Amer.Chem.Soc.，73，373，1951)计算中孔孔径分布。
权利要求
1.一种中孔活性炭纤维的制备方法，其特征是将树脂与炭素材料以1∶0.001-0.10的比例混合后溶于二甲基亚砜中，湿法纺制成含炭素材料0.1-10％(wt)的聚丙烯腈纤维，然后经预氧化、炭化、活化而成。
2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述的炭素材料可以是炭黑、石墨粉或活性炭。
全文摘要
本发明提供一种中孔活性炭纤维的制备方法，是将树脂与炭素材料以1∶0.001-0.10的比例混合后溶于二甲基亚砜中，湿法纺制成含炭素材料0.1-10％(wt)的聚丙烯腈纤维，然后经预氧化、炭化、活化而成。本发明的方法工艺简单，原料易得，产品中不含金属离子，其中孔率可达50-70％，可用于催化、医药、电子、液相吸附等需要中孔物质的领域。
文档编号D01F9/12GK1150607SQ95119030
公开日1997年5月28日 申请日期1995年11月21日 优先权日1995年11月21日
发明者张引枝, 贺福, 王茂章, 张碧江 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所