一种具有立体结构的活性炭纤维织物的制作方法

本发明属于活性炭类吸附材料，用于大风量有机废气吸附净化，空气中有毒有害气体净化，催化剂的载体等，具体涉及到一种具有立体结构的活性炭纤维织物。
背景技术：
：活性炭类吸附材料具有很好的吸附性能和催化性能，原料充足且安全性高，耐酸碱、耐热、不溶于水和有机溶剂、易再生等优点，是一种环境友好型吸附剂。活性炭类吸附材料广泛用于工业三废治理、溶剂回收、食品饮料提纯、载体、医药、黄金提取、半导体应用、净水处理、废水处理、气相吸附等方面。从外观上分，活性炭类吸附材料包括球形、颗粒状、纤维毡状、织物状等。活性炭（炭）纤维是继粉末活性炭、颗粒活性炭之后的新型吸附材料，它是由含炭纤维为原料制成，具有比表面积大、孔径适中、分布均匀、吸附速度快、杂质少等优点，广泛应用于水净化、空气净化、航空、军事、核工业、食品等行业。活性炭类吸附材料在用于空气净化时，一般将其装填于一定形状的外壳中，形成滤芯，滤芯有进风面和出风面，当污染气流经过滤芯时，吸附材料将污染物吸附，净化后的气流从出风面流出，达到净化的效果。活性炭纤维类材料具有吸附容量大、易脱附再生的特点，是有机废气吸附净化、有机溶剂吸附回收的理想材料，但是目前通用的活性炭纤维毡的阻力很大，以之为装填材料设计的净化设备存在体积大、运行风机功率高等缺点。实际上，材料风阻已成为影响净化设备体积、重量、运行能耗的关键因素之一。为了降低活性炭（炭）纤维毡的气流阻力，中国专利（申请号201110047887.6）中提出将粘胶纤维与粘胶纤维纱线按一定比例混合针刺成毡，中国专利（zl200920049203.4）中提出采用单丝纤度大于5d的纤维制毡，虽然在一定程度上降低了材料的气流阻力，但织造方式决定了该方案无法从根本解决材料的风阻问题。活性炭网眼布（zl201220111052.2）的出现，是低风阻材料的巨大突破，与活性炭纤维毡相比，极大地降低了材料阻力，但是，在生产和使用过程中，该材料存在的问题也很明显：（1）活性炭网眼布是一维结构，在层叠时，孔壁与孔眼的位置是随机的，孔壁可能与孔壁完全覆盖，也可能与孔眼完全覆盖，因此，同样的材料，同样的床层厚度，同样的装填密度，阻力可能有明显差异，同样规格的床层，阻力散差较大，不易规模化、标准化生产大风量吸附净化设备。（2）滤芯内部不同部位阻力不均匀，造成污染气体沟流，在吸附净化设备在使用过程中，有的部位远远没在达到吸附饱和，而有的部分已经穿透。技术实现要素：本发明针对上述技术的不足，提供了一种能够有效消除风阻的具有立体结构的活性炭纤维织物。具有活性炭网眼布的低风阻的特点，气流通过时又布风均匀，便于规模化、标准化生产大风量空气净化设备。它是利用300d至60000d的粘胶纤维、酚醛纤维、聚丙烯腈基纤维等含炭纤维，采用经编、纬编等方式编织成织物，再经过前处理、炭化、活化等序列工艺，制成的活性炭纤维织物，其正面和反面具有条纹结构或网孔结构，或同时具有条纹结构和网孔结构，正反面形状不镜面对称。一种具有立体结构的活性炭纤维织物，其特征是：它是利用含炭纤维采用多股编织而成的织物，其正面和反面为采用立体条纹结构或立体网孔结构，材料层叠后内部形成立体贯通的孔道，正反面形状不镜面对称，层叠时条纹的峰、谷不完全重叠，所述织物表面均匀分布有网眼。所述的网眼的形状为多边形结构；采用圆形、椭圆形、菱形、六边形、长方形、正方形的一种，或多种形状的组合。所述的条纹结构为凹凸状条纹，具有连续的或不连续的形状；条纹结构均匀分布，条纹结构的线粗和条纹间距的比例为1:(0.5~6)；条纹结构的夹角为15度至165度。材料具有孔眼结构或条纹结构，或同时具有条纹、孔眼结构，与平纹、斜纹类活性炭织物相比，可大幅降低阻力。材料正面、反面结构不镜面对称，具有孔眼结构的材料，在层叠形成吸附床层时，无论怎样叠加，孔壁与孔眼不会完全覆盖，与活性炭网眼布相比，阻力散差大幅降低；具有凹凸状条纹结构的材料，由于条纹不镜面对称，在层叠形成吸附床层时，无论怎样叠加，条纹的凹陷与凸起部分不会完全重叠，阻力大幅降低且散差较小。有益效果1、风阻低，吸附性能好。活性炭织物类、毡类材料层叠形成吸附床层时，风阻来自两个方面：一是由于吸附材料的粘滞曳力，即流体与吸附材料表面的摩擦、撞击而产生，这部分风阻对对吸附扩散是有利的；二是由于流体流动过程中风道截面积扩大和收缩而产生，这部分风阻对吸附扩散没有促进作用。在空气流速较低时，风阻主要是由粘滞曳力产生的，在空气流速较高时，风道的扩大、收缩则对风阻的产生起着主要作用。工业用吸附器，如有机废气吸附净化等，一般是大风量工况下使用，本发明涉及的材料避免了床层内部孔道的突然扩大、收缩，克服了风阻的产生的主要因素，大幅降低了床层阻力。使用本发明提出的活性炭针织物材料制成的滤芯，既保证了材料本身对污染物的吸附速率，又极大地降低了因材料自身结构产生的风阻，从而在很大程度上提高了吸附净化的效率。2、风阻均匀，便于规模化、标准化工业生产大风量吸附净化器。在批量规模化生产过程中，由相同材料，相同床层厚度，相同装填密度制成的各类滤毒器材，风阻大小始终在可控的、较小的范围内波动，极大的提高了生产过程中的标准化程度，便于规模化、标准化生产大风量吸附净化器。附图说明图1为正反面均为条纹并采用纬编结构的织物。图2为正面菱形、反面横一字条纹并采用经编的织物。图3为正面六边形眼、反面正方形网眼并采用经编的织物。图4为正面椭圆形、反面竖一字条纹并采用经编的织物。图5为不同厚度的床层岁对应的风速与压降的折线图。具体实施方式下面结合具体实施例和数据对比对本发明作进一步说明。实施例1如图1所示的织物采用600d粘胶纤维纬编而成，织物正反面均呈连续的、均匀分布的凹凸条纹状，正、反面条纹未相交的部位为网孔。正面和反面的条纹线粗与条纹间距的比例均为1:3，正反面条纹的夹角为135度。粘胶纤维网眼布经去油清洗、挤压脱水、干燥等前处理步骤后，采用常规阻燃剂和浸渍工艺进行阻燃浸渍处理，浸渍后的织物在120℃±15℃干燥，180±20℃定型处理，以保证布面平整、幅宽尺寸的稳定及网孔的开放，450±50℃炭化，900±50℃水蒸汽活化，制成的立体结构活性炭纤维织物材料，如图1所示。实施例2如图2所示的织物，采用酚醛纤维经编而成，织物正面为菱形网眼，是用9000d的纤维编织而成的，反面为连续的、均匀分布的横向一字条纹，是用6000d的纤维编织而成的。正面菱形的孔壁宽度与网眼宽度的比例为1:2.5，反面条纹的线粗与条纹间距的比例为1:4.3。织物经去油清洗、挤压脱水、干燥等前处理步骤后，采用常规阻燃剂和浸渍工艺进行阻燃浸渍处理，浸渍后的织物在120℃±15℃干燥，180±20℃定型处理，以保证布面平整、幅宽尺寸的稳定及网孔的开放，450±50℃炭化，900±50℃水蒸汽活化，制成的立体结构活性炭纤维织物材料，如图2所示。实施例3如图3所示的织物采用24000d腈纶纤维经编而成，正面六边形，反面均匀分布的正方形条纹。正面的六边形的孔壁宽度与网眼宽度的比例为1:4.57，背面正方形条纹的孔壁宽度与网眼宽度的比例为1:3.82。织物经去油清洗、挤压脱水、干燥等前处理步骤后，采用常规阻燃剂和浸渍工艺进行阻燃浸渍处理，浸渍后的织物在120℃±15℃干燥，180±20℃定型处理，以保证布面平整、幅宽尺寸的稳定及网孔的开放，450±50℃炭化，900±50℃水蒸汽活化。实施例4如图4所示的织物采用经加捻的60000d两股粘胶纤维经编而成，织物正反面几何形态不同，织物正面孔眼呈圆形，反面为连续的、均匀分布的竖一字纹状。正面圆形网眼的孔壁宽度与网眼宽度的比例为1:2.45，背面的一字条纹的条纹线粗与条纹间距的比例为1:3.45。织物经去油清洗、挤压脱水、干燥等前处理步骤后，采用常规阻燃剂和浸渍工艺进行阻燃浸渍处理，浸渍后的织物在120℃±15℃干燥，180±20℃定型处理，以保证布面平整、幅宽尺寸的稳定及网孔的开放，450±50℃炭化，900±50℃水蒸汽活化。用实施例1所示材料装填床层，床层过风面积10cm×10cm厚度分别为10cm,15cm,20cm,测不同风量下的压降，如下表所示。床层厚度10cm风量（m3/h）风速(m/s)床层压降（pa）单位压降(pa/cm)30.8310161.67252.592.50414.1123.33686.8154.17919.118512512.5床层厚度15cm风量（m3/h）风速(m/s)床层压降（pa）单位压降(pa/cm)30.83201.361.67382.592.50664.4123.331016.7154.171449.618519613.1床层厚度20cm标准差最大值不超过0.25，最大方差不超过0.5，床层压降一致性很好。不同的床层厚度所用的风速与压降的折线图如图5所示。当前第1页12