专利名称：一种硬质块状活性炭纤维的制备方法
技术领域：
本发明属于一种活性炭纤维的制备方法，具体地说涉及一种硬质块状活性炭纤维的制备方法。
作为一种理想的吸附材料，活性炭纤维由于具有较大的比表面积和丰富的微孔结构且孔径分布集中，因而受到国内外学者的普遍关注。目前已开发的活性炭纤维制品有纤维、布、毡、纸等几种形态，它们对环境中微量污染物都有较好的吸附捕获能力，均可用于空气和水中的微量污染物的净化和治理工作中。众所周知，活性炭纤维的吸附性能与其制备工艺和化学处理相关。一般的讲，比表面积越大，吸附性能越好。
但活性炭纤维的比表面越大，强度就越差，难以作为一种工程材料。另外，目前已有的活性炭纤维制品如纤维、毡、布、纸等都存在着体积密度低的缺点。例如活性炭纤维毡用作空气净化材料和有机溶剂回收材料及冷库、冰箱等环境除臭材料时，存在着因填充密度低而所需装置庞大的问题。装置庞大的缺点一是耗材费用高，二是占用了宝贵空间。
本发明的发明目的是提供一种强度高、体积密度大的硬质块状活性炭纤维的制备方法。
本发明的目的是这样实现的采用有机高聚物、交联剂和短切的活性炭纤维或活性炭纤维粉末为原料，按一定比例搅拌混合均匀后，模压成块状物，再经过预氧化、炭化和活性处理，制得硬质块状活性炭纤维。
本发明的具体制备方法如下(1)将液体有机高聚物或固体高聚物的溶液与交联剂按重量比为有机高聚物∶交联剂=3-20∶1的组成，进行混合，得到高聚物溶液混合物；(2)将0.5-5毫米长的活性炭纤维或活性炭纤维粉末按重量比为活性炭纤维或活性炭纤维粉末∶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，搅拌混合均匀，得到混合物；
(3)将混合物放入模具中，加热到100-240℃，固化20-240分钟，得到块状物；(4)将块状物置于炭化炉，在空气中按1-30℃/分的升温速率升温到200-300℃，预氧化5-240分钟，然后通入惰性气体并在惰性气体保护下，按2-20℃/分的升温速率升温到400-1000℃，进行炭化0-240分钟；(5)炭化处理后，通入活化剂进行活化1-120分钟，活化结束后，在惰性气氛下降温至100℃，制得硬质块状活性炭纤维。
如上所述的有机高聚物是酚醛树脂、沥青、环氧树脂、聚氨酯、聚氨酯预聚体溶液、聚乙烯醇。
如上所述的交联剂是六次甲基四氨、盐酸、有机过氧化物、胺类、酸酐类或咪唑类。
如上所述的有机过氧化物交联剂是过氧化环己酮、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己烷、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、过氧化醋酸叔丁酯。
如上所述的有机胺交联剂是二乙撑三胺、三乙撑四胺、苯二胺、双氰胺、2-乙基二乙撑三胺、二甲胺基甲基苯酚。
如上所述的酸酐为苯酐、顺酐、四氢苯酐或其混合物。
如上所述的活性炭纤维是酚醛基活性炭纤维、沥青基活性炭纤维、聚丙烯腈基活性纤维、聚乙烯醇基活性炭纤维和粘胶基活性炭纤维。
如上所述的活化剂是水蒸气、二氧化碳气、氨气。
本发明的硬质块状活性炭纤维可广泛地应用到环境污染的净化和治理领域。
本发明与现有技术相比具有如下优点(1)制备工艺简单，易操作。
(2)具有很好的吸附活性和机械强度。
(3)具有较高的体积密度，可使净化设备小型化。
本发明的实施例如下实施例1
在10克液体环氧树脂中加入3克三甲基六甲撑二胺，再加入30克短切粘胶基活性炭纤维(长度1-2毫米)，混合均匀后，放入模具中压实，加热到170℃固化成型，固化时间约240分钟，将该固体物置于炭化炉中，通入空气，按每分2度升温速度升温到240℃预氧化30分钟，然后通入氮气，以每分3度的升温速率升温到700℃，炭化120分钟后，通入氨气活化90分钟，降温到150℃，即可得到一种高密度块状活性炭纤维。该材料强度高，吸附容量大，且吸附性能好，是冰箱、冷库等场所除臭的理想材料。该材料也可用于水质净化和治理等环保领域。
实施例2将20克聚丙烯腈基活性炭纤维粉末(长度0.5-1毫米)，20克固体酚醛树脂，2克六次甲基四氨混合均匀后，放入模具中模压成型，加热到150℃固化时间约20分钟，再将该固体物置于炭化炉中，在空气中按每分10度升温速度升温到300℃预氧化60分钟，然后切换成氮气，以每分5度的升温速率升温到780℃，炭化30分钟后，并在该温度下通入水蒸气活化120分钟，降温到150℃，即可得到一种高密度块状活性炭纤维。该材料强度高，微孔结构丰富，具有吸附容量大和吸附性能高的优点，可用于冰箱、冷库等密闭空间消除异味。也可用于水质净化和治理等环保领域。
实施例3将100克酚醛基短切活性炭纤维(长度3.5-4毫米)，10液体酚醛树脂，0.6克六次甲基四胺混合均匀后，放入模具中压实，加热到180℃固化成型，固化时间约90分钟，将该固体物置于炭化炉中，在空气中按每分20度升温速率升温到240℃预氧化10分钟，然后通入氮气，以每分20度的升温速率升温到700℃，炭化200分钟后，通入二氧化碳活化10分钟，降温到100℃，即可得到一种高密度块状活性炭纤维。该材料比表面大、微孔发达，吸脱附速度快，吸附容量大，比较适合用于水质净化和治理等环保工程。
实施例4
将50克短切沥青基活性炭纤维(长度4-5毫米)、10克石油沥青和1g六次甲基四氨加热熔融混合均匀后，放入模具中模压成型，成型物加热到200℃固化约60分钟，然后将该固体物置于炭化炉中，在通入空气的条件下按每分15度升温速率升温到280℃预氧化150分钟，然后通入氮气，以每分10度的升温速率升温到900℃，炭化30分钟后，通入水蒸气活化90分钟，降温到150℃，即可得到一种高密度块状活性炭纤维。该材料的密度高，吸附容量大，且价格相对较低，是一种较理想的空气净化和水处理材料。
实施例5将30克短切聚丙烯腈基活性炭纤维(长度1-5毫米)与5克聚氨酯预聚体溶液和1克苯酐混合均匀后，放入模具中压实，加热到150℃固化成型，固化时间约1小时，将该固体物置于炭化炉中，240℃预氧化30分钟，然后通入氮气，每分3度的升温速率升温到700℃，炭化60分钟后，通入二氧化碳活化10分钟，降温到150℃，即可得到一种高密度块状活性炭纤维。该材料强度高，吸附容量大，且吸附性能好，是冰箱、冷库等场所除臭的理想材料。该材料也可用于水质净化和治理等环保领域。
权利要求
1．一种硬质块状活性炭纤维的制备方法，其特征在于(1)将液体有机高聚物或固体高聚物的溶液与交联剂按重量比为有机高聚物∶交联剂=3-20∶1的组成进行混合，得到高聚物溶液混合物；(2)将0.5-5毫米长的活性炭纤维或活性炭纤维粉末按重量比为活性炭纤维或活性炭纤维粉末∶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，搅拌混合均匀，得到混合物；(3)将混合物放入模具中，加热到100-240℃，固化20-240分钟，得到块状物；(4)将块状物置于炭化炉，在空气中按1-30℃/分的升温速率升温到200-300℃，预氧化5-240分钟，然后通入惰性气体并在惰性气体保护下，按2-20℃/分的升温速率升温到400-1000℃，进行炭化0-240分钟；(5)炭化处理后，通入活化气进行活化1-120分钟，活化结束后，在惰性气氛下降温至100℃，制得硬质块状活性炭纤维。
2．根据权利要求1所述的一种硬质块状活性炭纤维的制备方法，其特征在于所述的有机高聚物是酚醛树脂、沥青、环氧树脂、聚氨酯、聚氨酯预聚体溶液、聚酯、聚乙烯醇。
3．根据权利要求1所述的一种硬质块状活性炭纤维的制备方法，其特征在于所述的交联剂是六甲苯四氨、盐酸、有机过氧化物、胺类、酸酐类或呋唑类。
4．如权利要求3所述的一种纤维状炭基吸附材料的制备方法，其特征在于所述的有机过氧化物交联剂是过氧化环己酮、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)己烷、过氧化二异丙苯、过氧化苯甲酰、过氧化醋酸叔丁酯。
5．如权利要求3所述的一种纤维状炭基吸附材料的制备方法，其特征在于所述的有机胺交联剂是二乙撑三胺、三乙撑四胺、苯二胺、双氰胺、2-乙基二乙撑三胺、二甲胺基甲基苯酚。
6．根据权利要求3所述的一种硬质块状活性炭纤维的制备方法，其特征在于所述的酸酐为苯酐、顺酐、四氢苯酐及混合物。
7．根据权利要求1所述的一种硬质块状活性炭纤维的制备方法，其特征在于所述的活性炭纤维是酚醛基活性炭纤维、沥青基活性炭纤维、聚丙烯腈基活性纤维、聚乙烯醇基活性炭纤维和粘胶基活性炭纤维。
8．根据权利要求1所述的一种硬质块状活性炭纤维的制备方法，其特征在于所述的活化剂是水蒸气、二氧化碳气、氨气。
全文摘要
一种硬质块状活性炭纤维的制备方法,采用有机高聚物、交联剂和短切的活性炭纤维或活性炭纤维粉末为原料,按一定比例搅拌混合均匀后,模压成块状物,再经过预氧化、炭化和活性处理,制得硬质块状活性炭纤维。本发明具有制备工艺简单,易操作,有很好的吸附活性和机械强度,较高的体积密度,可使净化设备小型化等特点。
文档编号D01F1/00GK1303966SQ0010448
公开日2001年7月18日 申请日期2000年7月21日 优先权日2000年7月21日
发明者郑经堂, 刘平光, 靳国强, 申文忠, 曹亚秀 申请人:中国科学院山西煤炭化学研究所