图
结 构与
的 孔
1 ACF GAC
脱硫性能
使吸附质分子不需穿过象活性炭上的大孔、中孔而直接到达微孔的 吸附部位,缩短了吸附行程。再者ACF 的外表面积大,在外面的孔口 多,容易使分子吸附和脱附,且孔径分布窄(图2) 。
图2 ACF 与GAC 的孔径分布
脱硫性能
因此ACF 具有常规活性碳无法比拟的优越性,较典型的例子是将ACF 应用于烟气脱硫。ACF 连续脱除烟气中SO2 的原理如下(见图3)。
脱硫反应 基于ACF具有常规活性炭无法比拟的吸附性能，把活性炭纤维用于SO2
脱除具有广阔的应用前景
脱HCl 目前，工业上多采用活性炭及分子筛类催化剂。以PAN-ACF作此类反应的催 化剂，显示出明显的优势。在由1,2-二氯乙烷制氯乙烯的反应中，选择性高 达99%以上，转化率远高于活性炭类催化剂，温度较分子筛催化剂低100150℃，且无积炭现象发生.
5. 体密度小，漏损小，处理速度快，可实现设备小 型化、高效化和自动化；
6. 杂质少，纯度高，不会污染吸附的气体或液体； 7. 强度高，粉尘少，不会造成二次污染； 8. 形态好，后加工性好，适应性强，有纤维、布、
毡、纸以及蜂窝结构、波纹板和各种定型制品； 9. 易再生，失活少，使用寿命长。 10. 导电、导热、蓄热量小，操作、维修方便，使用
2. 有效吸附孔分布窄，属于单分散型，活性炭属于 多分散型孔分布；
3. 没有或很少有大孔，且为径向开孔扩散阻力小， 吸附、脱附有行程短，吸脱速度快，约为活性炭 的10-100倍；
4. 外表面积（0.2-2m2/g)较AC（0.001m2/g)大得多， 吸附位多，吸附容量大；
ACF与AC相比，具有如下特点
丙烯晴共聚用单体 聚合
Dope 聚合物
Spinning M上油
Oxidation 氧化
Carbonization 碳化
▣ 根据可塑性工序的分子的变化
Cold Stretching
冷伸长
Washing 洗涤
Oiling 上油
Hot Stretching
• 非活性性 氛围中(1500∼3000℃)
异方性石墨纤维
同方性石墨纤维
• 加工, 最后处理 (表面处理, Sizing)
Product 石墨纤维
Advanced Composite Material Manufacture Team
▣ 碳纤维制造工序
Precursor
AN Co-mo
Polymerization
图3 脱硫反应原理图
SO2在ACF 上吸附后在O2 存在下被催化氧化为SO3 , SO3再与烟气中的水 蒸气作用形成H2 SO4,后者被ACF 上冷凝的过量水洗脱,从而空出SO2 吸附 部位, 使SO2 的吸附、氧化、水合及H2SO4的解吸等循环连续不断地进行 下去,这样既可避免炭材料由于磨损或再生导致碳的损耗及活性的下降,也 可避免对炭材料的频繁再生,从而降低操作运行成本。
热伸长
Oiling 上油
Drying 干燥
蒸汽伸长
Steam Stretching
原丝 Precursor
Surface Treatment
表面处理
Washing 洗涤
Drying 干燥
Sizing 上浆
Drying 干燥
Carbon Fiber
碳纤维
原丝
氧化炉
碳化炉
石墨化炉
上浆 表面处理
碳纤维
Advanced Composite Material Manufacture Team
Spinning 纺丝
异方性 不熔化 纤维
同方性 不熔化 纤维 • 氧化性 氛围中 (150∼400℃)
Carbonization
碳化 Carbonization
• 非活性性 氛围中(800∼1200℃)
异方性 碳丝
同方性 碳丝
• 加工, 最后 处理
Product
碳丝
(表面处理, Sizing)
Graphitzation 石墨化 Graphitzation
《固体催化材料》 碳纤维 活性炭纤维
1
碳纤维概要
1. 碳纤维(Carbon Fiber)的定义
碳纤维是指有机纤维原丝 ( 粘胶, 聚丙烯晴, 沥青 等 )进行加热后得到的碳含量超过90%以上的纤维(直径 5~15㎛)的碳材料。随着原料和处理温度，出现分子排列和结晶的变化，一般碳的六角形环连续形成层状 结构，具有金属光泽，呈黑色或灰色。强度 10∼20g/d, 比重 1.5∼2.1，是具有导电性, 耐热性, 尺寸稳定 性 及耐化学药品性等优秀特性的高强度，高弹性尖端素材。碳化过程会跑出中氧，氢，氮等分子，重量 减少，比金属轻，另一方面比金属弹性和强度卓越。因这种特性，在体育用品（鱼竿，高尔夫球杆，网 球拍），航空宇宙产业（耐热材，航空机机体），汽车，土木建筑（轻量材，室内装修材），电气电子， 通信（天线），环保产业（空气净化器，净水机）等各领域作为高性能产业用素材广泛使用。
现在的ACF是碳纤维（CF）及可碳化纤维经物理活化、化 学活化，或两者兼有的活化反应所制得的具有丰富和发达 孔隙结构的功能型碳纤维。
常用的ACF有：黏胶、酚醛纤维、聚丙烯晴（PAN）、沥青、聚酰亚胺纤维、 聚苯乙烯纤维及空心纤维等。
应用：多做为吸附材料、催化剂载体、电极材材料等。
活性炭纤维的一些应用
Propylene
丙烯
Ammonia
氨
Ammoxidation 氨氧化反应
• Intermediate Material :
Acrylonitrile 丙烯腈
• Process :
Polymerization 聚合及纺丝 & Spinning
碳纤维 Carbon Fiber
• PAN CF Precursor : • Oxidized PAN : • Process : • Carbon Fiber :
活性炭纤维
活性炭纤维（ACF）亦称纤维状活性炭，是性能优于活性炭 的新一代高效活性吸附材料和环保功能材料。它是由纤维状 前驱体，经一定的程序炭化活化而成。较发达的比表面积和 较窄的孔径分布使得它具有较快的吸附脱附速度和较大的吸 附容量,是继粉末活性炭（PAC）和粒状活性炭（GAC）之 后的第三代活性炭材料。
活性炭纤维植绒布，具有 穿着舒适，手感好，再生 性能优越等优点。
活性炭纤维滤芯，用 于液体分离过滤。
炭纤维做的抱枕不仅，具有良好的 吸附性能，而且还具有良好的再生 能力
活性炭纤维做的口罩
活性炭纤维 空气净化树
活性炭纤维毡
ACF与AC相比，具有如下特点
1. 单丝直径细，约8-12μm；活性炭为1-3mm，表面 积大，约比粒状AC在两位数，吸附面积大；
ACF的功能化
形态改变
布、毡、织物、纸、蜂窝、模块
高比表面积ACF
中孔型ACF
结构改变 ACF
分子筛型ACF 高导电导热型
表面改性
酸性/碱性ACF 亲水性/疏水性ACF
碳合金化
载金属离子
氟化
氟化ACF
硅化
SiC-ACF
环保型 脱臭型 抗菌型
磺化
离子交换ACF
活性炭纤维在催化中的应用
ACF属于紊乱碳层堆叠的类石墨微晶结构。 其基本结构单元是石墨带状层面。石墨层面 中π电子具有一定的催化活性，边缘及表面缺 陷处的碳原子所具有的不成对电子也可在催 化中发挥作用。表面含氧基团又呈现出固体 酸、碱的催化作用。
PAN Precursor
聚丙烯腈原丝
氧化
Oxidation ( 200∼300 ℃)
• 空气中
Product 预氧丝
碳化
Carbonization (1200∼1400 ℃)
• 非活性 氛围中 • 表面上奖
石墨化
Graphitzation (2100∼2500 ℃)
• 非活性 氛围中 • 表面处理, 上奖
Advanced Composite Material Manufacture Team
快艇
高尔夫球杆
鞋
游挺
网球拍
Advanced Composite Material Manufacture Team
碳纤维
约100公斤减重
顶部
防撞杆
行李箱盖
后扰流板
刹车片
铁
发动机罩
月台
传动轴
车尾
车尾扰流板
燃料电池
脱除NOx NOx选择性催化还原，常用的催化剂有金属氧化物、沸石和活性 炭等。但是，要获得较高的去除率，金属氧化物催化剂和沸石催 化剂需在180-330℃温度范围内使用，温度太高 温度较低（甚至室温）
脱硫性能
众所周知,排放于大气中的SO2 已对大气环境造成严重污染,对人类、动 物和植物的生存构成严重威胁。排放的SO2 主要来源于燃煤燃油发电、 矿物冶炼、石油炼制以及H2SO4 的生产等。煤炭作为能源,其转化利用 的主要途径即是燃烧。但煤的大量燃烧,将使大气呈煤烟型污染,由此造 成对农业、林业和材料破坏的经济损失,而且也严重危害人体健康。因 此治理SO2 污染对控制煤烟型大气污染具有十分重要的意义。 活性碳纤维(ACF) 是一新型的高效吸附剂和催化剂。与常规活性炭 比,ACF 具有较快的吸附速度,其绝大多数孔直接开口于表面(图1) ,
Product 碳丝
Product
石墨纤维
Advanced Composite Material Manufacture Team
沥青 PITCH
• 改质 / 精炼 / 原料 调配
石油 沥青 ● 煤碳 沥青
加工
加工
异方性沥青
同方性沥青
• 熔融纺丝 • 碳化 塑性 • 高温处理