2.4  活性炭纤维 

活性炭纤维

ACF 是由有机纤维经炭化 活化而得到的 与活性炭颗粒 GAC 相比

活性炭纤维具有独特的结构和性能

ACF 的微孔结构不仅与 GAC 不同 与一般的炭纤维也

不同

ACF 的孔径分布狭窄而均匀 微孔范围为 5 14nm 不象 GAC 那样有微孔 过渡孔

和大孔之分

ACF 大量的微孔都开口于纤维的表面

[8]

这不仅使

ACF 具有较大的比表面积

和吸附容量

也使

ACF 的吸附和解吸过程中 分子吸附的途径短 吸附质可以直接进入微

孔 不像活性炭要经过有大孔 过渡孔构成的较长的吸附通道 因此吸附和解吸速度较

GAC

快得多 活性炭纤维表面含有一系列活性官能团 如羟基 羰基 羧基 内脂基等含氧官能

团

有的活性炭纤维还含有胺基

亚胺基以及巯基

磺酸基等含氮官能团

,这些含氮官能团

对含

N S 化合物具有吸附亲和力 对 N S 化合物表现出独特的吸附能力

[9,10]

 

活性炭纤维表现出优良的脱硫性能 使其成为近年来的研究热点 日本的持田勋和三菱

重工 大板瓦斯株式会社等合作做了大量研究

[11 14]

国内四川大学最早进行这方面的研究

在进行国家 七五 攻关 磷铵肥法烟气脱硫技术研究 期间开始研究将活性炭纤维用于烟

气脱硫

并在国家自然科学基金

八五

九五

连续资助

(59078339 59678023)下 对

ACF 脱硫机理 脱硫动力学进行了研究

[8-10,15-18]

中科院山西煤化所也做了很多研究

[19 22]

所有的这些研究结果均表明 活性碳纤维的脱硫性能远远优于活性炭 其脱硫容量和脱硫速

率比脱硫性能较好的糠醛渣活性炭都有数量级的提高

 

在一定的脱硫工艺条件下活性炭纤维的脱硫性能受前驱体材料

表面化学性能等的影

响

根据生产中纤维原材料的不同

可用于烟气脱硫的

ACF 主要有粘胶基 ACF 酚醛基

ACF 聚丙烯腈基 ACF PAN-ACF 和沥青基 ACF Pitch-ACF 等 由于这些前驱体材料

的组成和分子结构差异较大

,导致所制得的 ACF 的脱硫性能不同 研究结果表明 聚丙烯腈

基

ACF 的脱硫性能优于粘胶基 ACF 粘胶基 ACF 的脱硫性能优于沥青基 ACF 所有研究

者均认为含氮官能团是活性炭纤维的催化氧化

SO

2

的一类活性位

因此较高氮含量的

ACF

具有较高脱硫活性

光电子能谱测试纤维表面元素结合状态表明

聚丙烯腈基

ACF 的脱硫

性和粘胶基

ACF 均含有含氮官能团 而沥青基 ACF 不具有含氮官能团 但由于市场上聚丙

烯腈基

ACF 的价格最高 粘胶基 ACF 次之 沥青基 ACF 的价格最低 因此许多研究者试

图在沥青基

ACF 上负载含氮官能团

[9,10,19]

 

活性炭纤维表面除了炭和氢元素以外 还含有氧 氮等元素 这些元素组成含氧官能团

和含氮官能团

被认为活性炭纤维脱硫的催化氧化活性位

含氧官能团来自于制备

ACF 时

纤维与氧化性气氛如水蒸气和

CO

2

反应

,在造孔的同时也使 ACF 上连接上了氧原子 而含氮

官能团是前驱体本身带有的氮元素在炭化活化过程形成的 含氧官能团的种类较多 有羧基

羟基

内脂基等官能团

根据热解后释放出

CO

2

还是

CO 可以将这些官能团分为释出 CO

官能团和释出

CO

2

官能团 具体到哪种官能团或哪类官能团是活性炭纤维催化氧化活性位

目前还没有统一定论 需进一步的研究 只有通过了解这些活性位 才能在纤维的制备前后

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