专利名称：硼酸活化法制备活性碳纤维的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种活性碳纤维的制备方法。
活性碳纤维具有发达的比表面和优秀的孔结构，吸附能力强，因此在环境保护等领域有良好的应用前景。随着人类环境意识的不断提高，这种高效吸附分离材料的生产和应用开发工作越来越引起人们的重视。近年来，活性碳纤维的生产工艺和设备不断改善，应用技术不断发展，已创造了良好的环境和经济效益。然而，目前绝大多数的活性碳纤维仍是采用水蒸气活化的方法制备，这种工艺需要较高的碳化活化温度，通常在800至900℃，而且，产品得率较低，通常在14-20％。因此存在能耗较大，产品成本高的缺点。近来，人们主要在磷酸活化剑麻基活性碳纤维的制备工艺进行了一些研究，取得了一定成果。磷酸活化制备工艺虽然可大大提高所得产品的得率，但纤维的机械性能较差，脆性大，应用领域受到限制。此外，磷酸活化的工艺存在预处理纤维吸潮性很大，这给生产操作和预处理材料的存放和管理带来不便。
本发明的目的是提供一种生产操作容易，产品柔软性好，活化温度低，产品得率高的活性碳纤维生产工艺。
本发明的方法是将纤维素纤维原料置于硼酸水溶液中浸泡至纤维充分湿润，捞出拧干，低温(100℃)下干操，在氮气保护下加热碳化活化20至120分钟，加热温度为350至800℃，然后自然冷却后用水洗多次，在110至120℃烘干。在本发明方法中，硼酸浓度控制在2～15％或更高，但为节省原料和降低成本，硼酸浓度不必太高。原料纤维浸泡硼酸的时间为几小时至几十小时，至纤维充分湿润为止。硼酸在原料纤维上的负载量控制在9～90wt％。
采取硼酸作为碳化活化剂浸泡纤维原料，方法简单，操作容易，特别是碳化活化温度较低，使能耗大大降低，产品得率可达30％以上，比用其它方法均高，且产品柔软性能好。
图1为采用本发明工艺在三种不同活化温度制备的活性碳纤维的孔径分布曲线。
图2为采用本发明工艺在三种不同活化温度制备的活性碳纤维的孔径--累积比表面积关系曲线。
图1中，纵座标为孔容积(CC/g)，横座标为孔径(),B500、B700、B800分别为500、700、800℃温度下硼酸活化的活性碳纤维的孔径分布曲线。图中说明产品的孔径主要在5～10之间。
图2中，纵座标的累积比表积(m2/g)。横座标为孔径，B500、B700、B800分别为500、700、800℃温度下硼酸活化的活性碳纤维的孔径与累积比表面积关系曲线。图中说明产品的累积比表面积达500～580m2/g。
以下通过实施例对本发明作进一步说明实施例1、取原料纤维10.4克，用200毫升2.5％硼酸溶液中浸泡24小时，捞出，拧干，低温烘干后，硼酸在原料纤维上负载量为7.0wt％。将处理后的纤维放置于碳化活化炉中，在氮气保护下升温至500℃，反应90分钟。然后自然冷却降温至室温，取出纤维用水洗5次，120℃烘干。测得产品的得率为35.7wt％，比表面积为413米2/克，对苯蒸汽的吸附量153毫克/克。
实施例2、取原料纤维8.0克，用200毫升5％硼酸溶液中浸泡20小时，捞出，拧干，低温烘干后，硼酸在原料纤维上负载量为31wt％。将处理后的纤维放置于碳化活化炉中，在氯气保护下升温至500℃，反应120分钟。然后自然冷却降温至室温，取出纤维用水洗4次，120℃烘干。测得产品的得率为34.4wt％，比表面积为505米2/克，对苯蒸汽的吸附量189毫克/克。
实施例3、取原料纤维9.8克，用200毫升7.5％硼酸溶液中浸泡2小时，捞出，拧干，低温烘干后，硼酸在原料纤维上负载量为58wt％。将处理后的纤维放置于碳化活化炉中，在氮气保护下升温至500℃，反应20分钟。然后自然冷却降温至室温，取出纤维用水洗4次，120℃烘干。测得产品的得率为38.6wt％，比表面积为493米2/克，对苯蒸汽的吸附量180毫克/克。
实施例4、取原料纤维11.4克，用200毫升10％硼酸溶液中浸泡24小时，捞出，拧干，低温烘干后，硼酸在原料纤维上负载量为88wt％。将处理后的纤维放置于碳化活化炉中，在氮气保护下升温至500℃，反应90分钟。然后自然冷却降温至室温，取出纤维用水洗3次，120℃烘干。测得产品的得率为37.1wt％，比表面积为465米2/克，对苯蒸汽的吸附量187毫克/克。
实施例5、取原料纤维9.61克，用200毫升12.5％硼酸溶液中浸泡10小时，捞出，拧干，低温烘干后，硼酸在原料纤维上负载量为26wt％。将处理后的纤维放置于碳化活化炉中，在氮气保护下升温至500℃，反应90分钟。然后自然冷却降温至室温，取出纤维用水洗5次，120℃烘干。测得产品的得率为34.2wt％，对苯蒸汽的吸附量200毫克/克。
实施例6、取原料纤维8.88克，用200毫升6.2％硼酸溶液中浸泡20小时，捞出，拧干，低温烘干后，硼酸在原料纤维上负载量为9.0wt％。将处理后的纤维放置于碳化活化炉中，在氮气保护下升温至350℃，反应90分钟。然后自然冷却降温至室温，取出纤维用水洗4次，120℃烘干。测得产品的得率为46.9wt％，对苯蒸汽的吸附量59毫克/克。
实施例7、取原料纤维11.4克，用200毫升6.2％硼酸溶液中浸泡15小时，捞出，拧干，低温烘干后，硼酸在原料纤维上负载量为9.0wt％。将处理后的纤维放置于碳化活化炉中，在氯气保护下升温至700℃，反应90分钟。然后自然冷却降温至室温，取出纤维用水洗5次，120℃烘干。测得产品的得率为32.5wt％，比表积为499米2/克，对苯蒸汽的吸附量206毫克/克。
实施例8、取原料纤维12.2克，用200毫升6.25％硼酸溶液中浸泡10小时，捞出，拧干，低温烘干后，硼酸在原料纤维上负载量为9wt％。将处理后的纤维放置于碳化活化炉中，在氯气保护下升温至800℃，反应90分钟。然后自然冷却降温至室温，取出纤维用水洗5次，120℃烘干。测得产品的得率为32.9wt％，比表积为496米2/克，对苯蒸汽的吸附量187毫克/克。
权利要求
1.一种硼酸活化法制备活性碳纤维的工艺，其特征是将纤维素纤维原料置于硼酸水溶液浸泡至纤维充分湿润，捞出拧干，低温下干燥，在氮气保护下加热碳化活化20至120分钟，碳化活化温度为350至800℃，然后自然冷却后用水洗多次，在110至120℃烘干。
2.一种如权利要求1所述的硼酸活化法制备活性碳纤维的工艺，其特征是硼酸水溶液的浓度为2～15％。
全文摘要
本发明涉及一种活性碳纤维制备方法。采取硼酸作为碳化活化剂浸泡纤维素纤维原料，取出干燥后，置于加热炉中碳化活化一定时间，得到活性碳纤维。本发明方法操作方便，产品得率高，生产成本低，杂质含量低。
文档编号D01F9/16GK1238395SQ99116239
公开日1999年12月15日 申请日期1999年6月11日 优先权日1999年6月11日
发明者符若文, 张永成, 曾汉民 申请人:中山大学