專利名稱：內(nèi)膽密封式兩段法制備活性炭纖維的工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種活性碳纖維的制備方法。
活性碳纖維是六十年代初發(fā)展起來的一種新型高效吸附材料，與活性碳等傳統(tǒng)的吸附材料相比，活性碳纖維具有比表面積高、微孔豐富、孔徑小、孔徑分布均勻，有一定量表面官能團(tuán)等結(jié)構(gòu)特征，從而它對(duì)有機(jī)蒸汽、無機(jī)氣體、水溶液中的有機(jī)物、金屬離子等具有優(yōu)異的吸附性能，它不僅吸附量大，吸附速度快，在柱法吸附時(shí)壓損小，不會(huì)出現(xiàn)漏吸現(xiàn)象，而且，脫附容易，能多次循環(huán)使用。特別是，活性碳纖維還具有特殊的氧化還原功能，能將高價(jià)金屬離子原還為金屬單質(zhì)，從而集吸附、分離、還原于一體。同時(shí)，活性碳纖維耐高溫，耐酸堿，耐溶劑，能制成布、氈、紙等形式，使用更為靈活方便。由于活性碳纖維優(yōu)異的性能，它正在越來越廣泛被應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)、環(huán)境保護(hù)、國(guó)防軍工、電子以及能源等領(lǐng)域。
以往的活性碳纖維制造方法可分為兩種其一是間歇式生產(chǎn)工藝，其二是連續(xù)式生產(chǎn)工藝。間歇法生產(chǎn)工藝過程為將預(yù)處理的原纖維放置于爐中，在惰性氣體保護(hù)下逐漸升溫進(jìn)行碳化，通入活性氣體活化，然后自然冷卻，待爐溫降到室溫時(shí)取出產(chǎn)品。這種工藝方法生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，但升溫速度慢，降溫速度更慢，生產(chǎn)周期很長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低，能耗大，成本高;連續(xù)式生產(chǎn)工藝是利用傳動(dòng)裝置將預(yù)處理的纖維連續(xù)送入反應(yīng)爐，纖維連續(xù)經(jīng)過不同的溫度區(qū)進(jìn)行碳化和活化后得到產(chǎn)品，這種工藝雖可提高生產(chǎn)效率，但生產(chǎn)設(shè)備較復(fù)雜，設(shè)備投資較大，工藝控制較難。
本發(fā)明的目的是研究提供一種改進(jìn)的生產(chǎn)活性碳纖維的工藝，克服已有技術(shù)的缺點(diǎn)，達(dá)到縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，減少能耗，降低成本的效果。
本發(fā)明的方法是將活性碳纖維的制造過程分為兩個(gè)階段-低溫爐反應(yīng)和高溫爐反應(yīng)。將低溫爐和高溫爐分別在一定的溫度下恒溫;經(jīng)預(yù)處理的纖維原料裝在爐膽中，密封，通氮保護(hù);然后依次放置于低溫爐和高溫爐中反應(yīng)一定時(shí)間，再通入水蒸汽活化;反應(yīng)及活化完畢，將爐膽吊出冷卻，溫度下降至100℃以下(一般為降至室溫)取出產(chǎn)品。
本發(fā)明方法中低溫爐的溫度控制在200至500℃范圍，通常為300～400℃;高溫爐溫度控制在800～950℃范圍。樣品在低溫爐中的反應(yīng)時(shí)間控制在20～60分鐘，通常為30～40分鐘;在高溫爐中的碳化時(shí)間20～40分鐘，在高溫爐中通水蒸汽活化的時(shí)間40～90分鐘。
本發(fā)明的爐膽一般用不銹鋼制造，最好采用螺旋式進(jìn)氣管以加強(qiáng)保護(hù)氣和活化氣的預(yù)熱，并可增加溫度和氣氛均勻性，氣體從底部噴入，尾氣從爐膽上部出氣管排出，爐膽上部用保溫材料保溫以增加保溫區(qū)。
本發(fā)明的方法實(shí)施時(shí)可以一個(gè)低溫爐配套二至四個(gè)高溫爐，多個(gè)爐膽連續(xù)生產(chǎn)，達(dá)到不間斷生產(chǎn)活性碳纖維的效果，生產(chǎn)效率大大提高。
采用本發(fā)明方法制造活性碳纖維時(shí)，碳化活化時(shí)間約需120～140分鐘，降溫時(shí)間約需40～60分鐘，總的生產(chǎn)周期僅需約160至200分鐘，比單爐間歇式生產(chǎn)工藝碳化活化時(shí)間縮短約2/3～1/2，總生產(chǎn)周期縮短約12倍。并且，由于本發(fā)明工藝中低溫爐和高溫爐總是處于恒溫狀態(tài)，避免了象間歇法中的升溫和降溫過程，能量消耗大大減少。
本發(fā)明使用的生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，操作方便，所制得的活性碳纖維得率可控制在15～20wt%之間，比表面積可達(dá)900～1500米2/克。該工藝和設(shè)備還可生產(chǎn)活性碳?xì)?、布、紙等不同形式的活性碳纖維材料。


圖1和圖2是使用本發(fā)明工藝生產(chǎn)活性碳纖維時(shí)爐膽的實(shí)際升溫曲線。其中曲線(1)為低溫爐200℃，爐膽放置低溫爐中的時(shí)間(以下簡(jiǎn)稱放置時(shí)間)40分鐘;曲線(2)為低溫爐300℃，放置時(shí)間40分鐘;曲線(3)為低溫爐500℃，放置時(shí)間30分鐘;曲線(4)低溫爐400℃，放置時(shí)間60分鐘;曲線(5)低溫爐400℃，放置時(shí)間20分鐘。曲線(1)至(5)的高溫爐溫度均為890℃。通過調(diào)節(jié)低溫爐和高溫爐的設(shè)定溫度和反應(yīng)時(shí)間，可控制材料按不同的升溫程序進(jìn)行反應(yīng)?？煽刂乒に囘^程為階梯式升溫，也可控制為較均勻的連續(xù)式升溫。
圖3是使用本發(fā)明工藝生產(chǎn)活性碳纖維時(shí)爐膽的實(shí)際自然降溫曲線。一般自然降溫37分鐘，爐膽溫度可降到170℃。
以下通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明實(shí)施例1 取原料纖維237克，用5%磷酸氫二銨浸泡，過濾烘干后，放置于爐膽中，密封，通氮保護(hù)，依次放置于低溫爐和高溫爐中反應(yīng)和活化。低溫爐溫度為200℃，高溫爐溫度為890℃，在低溫爐中的反應(yīng)時(shí)間為40分，高溫爐中反應(yīng)時(shí)間30分，接著通水蒸汽在高溫爐中活化60分，活化溫度890℃。反應(yīng)完畢，吊出爐膽，自然降溫至室溫，取出產(chǎn)品，測(cè)得產(chǎn)品的得率為16.9wt%，比表積為859米2/克，對(duì)苯和四氯化碳的吸附量分別為378和701毫克/克。
實(shí)施例2 取原料纖維234克，用5%磷酸氫二銨浸泡，過濾烘干后，放置于爐膽中，密封，通氮保護(hù)，依次放置于低溫爐和高溫爐中反應(yīng)和活化。低溫爐溫度為500℃，高溫爐溫度為890℃，在低溫爐中的反應(yīng)時(shí)間為30分，高溫爐中反應(yīng)時(shí)間為30分，接著通水蒸汽在高溫爐中活化60分，活化溫度890℃。反應(yīng)完畢，吊出爐膽，自然降溫至室溫，取出產(chǎn)品，測(cè)得產(chǎn)品的得率為24.8%wt%，比表面積為670米2/克，對(duì)苯和四氯化碳的吸附量分別為361和672毫克/克。
實(shí)施例3取原料纖維224克，用5%磷酸氫二銨浸泡，過濾烘干后，放置于爐膽中，密封，通氮保護(hù)，依次放置于低溫爐和高溫爐中反應(yīng)和活化。低溫爐溫度為400℃，高溫爐溫度為890℃，在低溫爐中的反應(yīng)時(shí)間為20分，高溫爐中反應(yīng)時(shí)間為30分，接著通水蒸汽在高溫爐中活化60分，活化溫度890℃。反應(yīng)完畢，吊出爐膽，自然降溫至室溫，取出產(chǎn)品，測(cè)得產(chǎn)品的得率為18.5wt%，比表面積為1017米2/克，對(duì)四氯化碳的吸附量為742毫克/克。
實(shí)施例4 取原料纖維234克，用5%磷酸氫二銨浸泡，過濾烘干后，放置于爐膽中，密封，通氮保護(hù)，依次放置于低溫爐和高溫爐中反應(yīng)和活化。低溫爐溫度為400℃，高溫爐溫度為890℃，在低溫爐中的反應(yīng)時(shí)間為60分，高溫爐中反應(yīng)時(shí)間為30分，接著通水蒸汽在高溫爐中活化60分，活化溫度890℃。反應(yīng)完畢，吊出爐膽，自然降溫至室溫，取出產(chǎn)品，測(cè)得產(chǎn)品的得率為18.6wt%，比表面積為912米2/克，對(duì)四氯化碳的吸附量為584毫克/克。
實(shí)施例5 取原料纖維233克，用5%磷酸氫二銨浸泡，過濾烘干后，放置于爐膽中，密封，通氮保護(hù)，依次放置于低溫爐和高溫爐中反應(yīng)和活化。低溫爐溫度為400℃，高溫爐溫度為700℃，在低溫爐中的反應(yīng)時(shí)間為40分，高溫爐中反應(yīng)時(shí)間為30分，接著通水蒸汽在高溫爐中活化60分，活化溫度為890℃。反應(yīng)完畢，吊出爐膽，自然降溫至室溫，取出產(chǎn)品，測(cè)得產(chǎn)品的得率為15.2wt%，比表面積為648米2/克，對(duì)苯的吸附量為334毫克/克。
實(shí)施例6 取原料纖維234克，用5%磷酸氫二銨浸泡，過濾烘干后，放置于爐膽中，密封，通氮保護(hù)，依次放置于低溫爐和高溫爐中反應(yīng)和活化。低溫爐溫度為400℃，高溫爐溫度為920℃，在低溫爐中的反應(yīng)時(shí)間為40分，高溫爐中反應(yīng)時(shí)間為30分，接著通水蒸汽在高溫爐中活化60分，活化溫度920℃。反應(yīng)完畢，吊出爐膽，自然降溫至室溫，取出產(chǎn)品，測(cè)得產(chǎn)品的得率為13.4wt%，比表面積為980米2/克，對(duì)苯和四氯化碳的吸附量分別為525和1000毫克/克。
實(shí)施例7 取原料纖維230克，用5%磷酸氫二銨浸泡，過濾烘干后，放置于爐膽中，密封，通氮保護(hù)，依次放置于低溫爐和高溫爐中反應(yīng)和活化。低溫爐溫度為400℃，高溫爐溫度為890℃，在低溫爐中的反應(yīng)時(shí)間為40分，高溫爐中反應(yīng)時(shí)間0分，接著通水蒸汽在高溫爐中活化90分，活化溫度890℃。反應(yīng)完畢，吊出爐膽，自然降溫至室溫，取出產(chǎn)品，測(cè)得產(chǎn)品的得率為19.1wt%，比表面積為860米2/克，對(duì)苯和四氯化碳的吸附量分別為455和1090毫克/克。
權(quán)利要求
1.一種制備活性碳纖維的方法，其特征是將經(jīng)預(yù)處理的纖維原料裝在爐膽中，密封，通氮保護(hù)，放入低溫爐中反應(yīng)20～60分鐘，再移入高溫爐中反應(yīng)(碳化)20～40分鐘，然后通入水蒸氣活化40～90分鐘；低溫爐溫度為200～500℃，高溫爐溫度為800～950℃；反應(yīng)及活化完畢，將爐膽吊出，冷卻后取出產(chǎn)品。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是低溫爐溫度為300～400℃。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是在低溫爐中反應(yīng)的時(shí)間為30～40分鐘。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在高溫爐中反應(yīng)(碳化)時(shí)間為30分鐘。
5.按照權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征是在高溫爐中通水蒸氣活化的時(shí)間為60分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種活性炭纖維制備方法。采取內(nèi)膽密封的方法，按照預(yù)定的升溫程序，將裝有纖維原料的內(nèi)膽依次放置于恒溫的低溫爐和高溫爐中，炭化活化后得到優(yōu)良性能的活性炭纖維。本發(fā)明方法生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高，成本低，產(chǎn)品性能優(yōu)良。
文檔編號(hào)D01F9/12GK1068604SQ92105859
公開日1993年2月3日 申請(qǐng)日期1992年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月17日
發(fā)明者符若文, 陸來云, 曾漢民, 呂海峰, 朱世平 申請(qǐng)人:中山大學(xué)