一種活性炭纖維及其制備方法技術(shù)

一種活性炭纖維，其重量百分比組成為：　成纖聚合物　８０～９５；　功能性添加成分　２０～５，　所述的成纖聚合物為聚丙烯腈、改性聚丙烯腈、聚乙烯醇或再生纖維素纖維；所述的功能性添加成分為載金屬的超細吸附劑，平均粒徑為０．０１～２０μｍ，所述的載金屬為銀、銅、鋁和鋅離子中的任一種。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及活性炭纖維技術(shù)，具體說為一種具有優(yōu)異抗菌和吸附性能的多功能活性炭纖維及其制備方法，國際專利主分類號擬為Int.Cl D01F 9/00 (2006,01) I。
技術(shù)介紹
目前人們對自身健康及環(huán)境衛(wèi)生越來越重視，各種各樣的吸附材料已被 應用在水和空氣的凈化等領域。活性炭纖維具有纖維直徑小，比表面積高， 微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達，孔徑小且分布窄，吸附容量大，吸附脫附速度快，再生較容 易，并可根據(jù)具體要求制備成相應的形態(tài)，如氈、布等，使用方便等優(yōu)點。 制造活性炭纖維的基體原料有很多，如聚丙烯腈、聚乙烯醇、粘膠纖維、酚 醛樹脂纖維以及瀝青基纖維等。這些原料經(jīng)過預氧化、炭化和活化制成活性 炭纖維。特別是聚丙烯腈基活性炭纖維，含有氮官能團，對硫系化合物和氮 系化合物具有特殊的吸附能力，使用范圍較廣。但活性炭纖維的廣泛使用也受到一定限制，主要的因素是成本和纖維性 能。換言之，活性炭纖維性價比不高，限制了其廣泛應用。因而提高活性炭 纖維性價比，是進一步推廣活性炭纖維的關(guān)鍵，也是研發(fā)高性能和多功能活 性炭纖維新產(chǎn)品的關(guān)鍵之處。日本專利(JP2001115374)公布了一種制備具有離子交換特性的高性能 活性炭纖維的方法。它是將活性炭纖維放入類似H3P04及K2C03等的含有酸或 堿的電解溶液中，對其表面進行電化學改性處理，使其含有功能性基團而制 成的。這種對活性炭纖維進行表面處理方法，雖可以提高其對重金屬和微生 物的吸附能力，但成本也相應提高，并不利于推廣，同時這種方法制得的活 性炭纖維還存在著強度低，只能吸附小分子，生產(chǎn)工藝復雜，易造成二次污 染等不足。中國專利(02115175. X)公布了一種含納米銀顆粒抗菌活性炭纖維的制備方法。該方法以磷酸作為活化劑制備基體活性炭纖維，再利用活性炭纖 維的氧化還原特性及吸附性能，通過浸漬法把銀吸附沉積在基體活性炭纖維 上，得到含納米銀顆粒的活性炭纖維。這類含銀抗菌活性炭纖維對大腸埃氏桿菌(Escherichia coli)禾口金黃色葡萄球菌(Staphylococlusaureus)均有很 強的殺滅能力，經(jīng)其處理后，水中的大腸桿菌和金黃色葡萄球菌可被完全殺 滅。但該方法通過浸漬方法把銀吸附沉積在基體活性炭纖維上，所得活性炭 纖維表面沉積的銀牢度無法保證，使用過程中易脫落，功效損失較大，且脫 落的銀會對環(huán)境造成污染。
技術(shù)實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)擬解決的技術(shù)問題是，設計一種活性炭纖 維及其制備方法。該活性炭纖維具有抗菌、高吸附等多功能，性能優(yōu)良、效 果持久，無脫落污染，且質(zhì)量輕、強度較高、成本低廉，適于實際推廣應用； 該活性炭纖維制備方法具有生產(chǎn)收率高，制造成本低，工藝方法簡單，工業(yè) 化實施容易等特點。本專利技術(shù)解決所述纖維技術(shù)問題的技術(shù)方案是設計一種活性炭纖維，其 重量百分比組成為成纖聚合物 80~95;功能性添加成分 20~5，所述的成纖聚合物為聚丙烯腈、改性聚丙烯腈、聚乙烯醇或再生纖維素纖維；所述的功能性添加成分為載金屬的超細吸附劑，平均直徑為0.01 20 MJn，所述的載金屬為銀、銅和鋅離子中的任一種。本專利技術(shù)解決所述制備方法技術(shù)問題的技術(shù)方案是設計一種活性炭纖維 制備方法，該制備方法先依據(jù)本專利技術(shù)所述活性炭纖維的組成采用共混濕法紡 絲工藝方法制備出含功能性添加成分的基材成纖聚合物纖維，所述的基材成 纖聚合物纖維為聚丙烯腈基纖維、改性聚丙烯腈基纖維、聚乙烯醇基纖維或 再生纖維素纖維基纖維；再對所述含功能性添加成分的基材成纖聚合物纖維 進行如下活性化處理l.對于所述含功能性添加成分的聚丙烯腈基纖維或者改性聚丙烯腈基纖維，經(jīng)常規(guī)預處理后，放在馬弗爐中200 31(TC下預氧化定型40 300min，再 將纖維放于電阻爐中，l~15°C/min升溫，通入氮氣，600 900'C下炭化 30 120min，然后通入1:1 (v:v)水蒸氣和氮氣，700~900°C下物理活化 30 120min，制備含功能性添加成分的聚丙烯腈基活性炭纖維或者改性聚丙烯 腈基活性炭纖維；或者將所述纖維在2 8 % (w/v)磷酸銨和4~10 % (w/v) 硫酸銨按4:6 (wt:wt)比例配制的混合液中浸漬20 130min后，放在馬弗爐 中200 310。C下預氧化定型40 300min，再將纖維放于電阻爐中，l~15°C/min 升溫，通入氮氣，600 900。C下炭化30 120min，然后通入l:l (v:v)水蒸氣 和氮氣，700 90(TC下物理 化學活化30 120min，即得到含功能性添加成分 的聚丙烯腈基活性炭纖維或者改性聚丙烯腈基活性炭纖維；或者2. 對于所述含功能性添加成分的再生纖維素纖維基纖維，先將其在1 : 4 (V:V)的環(huán)氧氯丙垸與氫氧化鈉(3mol/L)的混合溶液中加熱回流50 100min進行交聯(lián)，再將交聯(lián)纖維浸于2~8 wt呢的磷酸銨溶液中20 80min，取出放于 馬弗爐中，200 25(TC下加熱40 100min，再放于電阻爐中，通入氮氣， 700 1000。C下炭化30 100min，然后通入水蒸氣700-1000 °C下活化 30 120min，空氣冷卻，即得到含功能性添加成分的再生纖維素纖維基活性炭 纖維；或者3. 對于所述含功能性添加成分的聚乙烯醇基纖維，先對基材纖維進行常 規(guī)縮醛化工藝處理，制成縮醛化纖維，然后將縮醛化纖維進行1所述的物理-化學活化過程，即得到含功能性添加成分的聚乙烯醇基活性炭纖維。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)活性炭纖維具有超高比表面積，更高的孔結(jié)構(gòu)， 良好的吸附性能，抗菌速度快，且效果持久，成本低廉，無脫落污染，適于 實際推廣應用。本專利技術(shù)活性炭纖維采用了共混濕法紡絲方法先制備基材纖維， 再經(jīng)物理或物理-化學活化方法制得活性炭纖維的制備方法，由于本專利技術(shù)活性 炭纖維組成中含有適當?shù)慕饘匐x子和多孔材料且均勻分布，它們能參與本發(fā) 明共混濕法紡絲方法制備時的炭化和活化過程，使纖維的炭化、活化變得容 易進行，在活化過程中可產(chǎn)生更多的微孔，使纖維具有更高的孔結(jié)構(gòu)，并可 提高生產(chǎn)收率，從而降低活性炭纖維的生產(chǎn)成本和提高活性炭纖維吸附性能; 同時對所得纖維基材損傷較小，強力相對提高；另外，適當金屬離子的存在 又賦予了產(chǎn)品纖維良好的抗菌性能。本專利技術(shù)活性炭纖維制備方法工藝過程較 簡單，收率高，適于工業(yè)化應用。具體實施例方式下面結(jié)合實施例進一步敘述本專利技術(shù)本專利技術(shù)設計的活性炭纖維(以下簡稱纖維)，其重量百分比組成為 成纖聚合物 80 95; 功能性添加成分 20 5，所述的成纖聚合物為聚丙烯腈、改性聚丙烯腈、聚乙烯醇或再生纖維素 纖維；所述的功能性添加成分為載金屬的超細吸附劑，所述的超細吸附劑平 均直徑為0.01-20 nin，所述的載金屬為銀、銅和鋅離子中的任一種。本專利技術(shù)纖維所述的成纖聚合物并非任意選取，而是經(jīng)嚴格篩選，要求其 不僅是可以采用常規(guī)濕法紡絲工藝生產(chǎn)纖維的成纖聚合物，而且還應適用于 與本專利技術(shù)所述功能性添加成分共混和制備纖維的要求，同時還要滿足制備纖 維時進一步活化處理的需要。經(jīng)試驗研究，所述的成纖聚合物選定為聚丙烯 腈、改性聚丙烯腈(丙烯腈一偏氯乙烯共聚物)、聚乙烯醇和再生纖維素纖維 中的任一種。本專利技術(shù)纖維所述的功能性添加成分為載金本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種活性炭纖維，其重量百分比組成為：　成纖聚合物　８０～９５；　功能性添加成分　２０～５，　所述的成纖聚合物為聚丙烯腈、改性聚丙烯腈、聚乙烯醇或再生纖維素纖維；所述的功能性添加成分為載金屬的超細吸附劑，平均粒徑為０．０１～２０μｍ，所述的載金屬為銀、銅、鋁和鋅離子中的任一種。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張華，陳晨，王學晨，牛建津，
申請(專利權(quán))人：天津工業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：12