第４２卷第２期 ２０１７年４月 高科键鲜雏与应用 Ｈｉ—Ｔｅｃｈ Ｆｉｂｅｒ＆Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｖ＿０１．４２ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１７
活性碳纤维的应用现状及前景
郑艳军，张菁菁，马红霞，崔德富，刘娴
（新疆大学纺织与服装学院，新疆乌鲁木齐８３００４６）
摘要：介绍了活性碳纤维的特点、性能及应用，重点探讨了活性碳纤维在环境保护领域、医学卫生领域、电子及能源等 方面的应用研究现状，并对比分析了各种应用方法的研究成果，结合我国生产需要，展望了活性碳纤维的进一步改进和应
用。 关键词：活性碳纤维；应用；前景 中图分类号：ＴＱ３４２．７４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—９８１５（２０１７）０２－００２１—０６
Ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ
ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ
ＺＨＥＮＧ Ｙａｎ－ｊｕｎ，ＺＨＡＮＧ Ｊｉｎｇ－ｊｉｎｇ，ＭＡ Ｈｏｎｇ—ｘｉａ，ＣＵＩ Ｄｅ—ｆｕ，ＬＩＵ Ｘｉａｎ
（Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｔｅｘｔｉｌｅｓ ａｎｄ Ａｐｐａｒｅｌｓ．Ｘｉｎｊｉａｎｇ Ｕｒｕｍｑｉ ８３００４６ Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ， ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，
ｍｅｄｉｃａｌ ｈｅａｌｔｈ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ，ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅｌｙ ａｎａ・ ｌｙｚｅｄ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ，ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ
ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｗａｓ ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ；ｐｒｏｓｐｅｃｔ
０引言
活性碳纤维（Ａｃｔｉｖａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ，以下简
称ＡＣＦ）是在碳纤维技术和活性炭技术相结合的
基础上发展起来的，是继粉状、粒状、纤维状活
性炭（ＦＡＣ）之后的新型活性炭产品【１］。纤维状
活性炭与粒状活性炭相比具有一系列优点，它的 微孔结构发达、吸附比表面积大、吸附速度快、
净化效率高以及解吸再生方便等优点，但也有活
性炭成品得率低、单价较高等缺点口】。ＡＣＦ与ＦＡＣ 相比，具有ＦＡＣ优点之外，还具有成品得率高、
解吸再生率高并且兼有纤维的各种特性，且由于
其结构上的独特性，克服了传统活性炭应用过程
中的缺陷。
ＡＣＦ主要成分由碳原子组成，是以碳纤维或
预氧化纤维为初始原料，经高温碳化和活化后
形成的一种高效吸附材料。制备ＡＣＦ的前驱体材
料主要是各向同性和各向异性的沥青、聚丙烯
腈、粘胶丝和酚醛树脂，所用活化方法有物理方
法、化学方法以及物理化学法。不同的原料纤维
定稿日期： 基金项目： 作者简介： 通讯作者： ２０１７．０４．１５ 新疆大学大学生创新训练计划项目（２０１６１０７５５０７６） 郑艳军（１９９２－），女，河南太康人，主要研究方向为新疆优势纺织材料，（电子信箱）２５０４７１３２７７＠ｑｑ．ｃｏｍ； 刘娴，女，讲师，新疆大学创新团队研究骨干，主要从事新疆优势纺织材料研究，（电子信箱）ｌｉｕｘｉａｎｌ２１６＠１６３
一２２． 高科技重辱雏与应用 第４２卷
可以制备不同基体的ＡＣＦ，目前主要有粘胶纤维
基ＡＣＦ、聚丙烯腈基ＡＣＦ、酚醛基ＡＣＦ、沥青基
ＡＣＦ、聚乙烯醇（ＰＶＡ）基ＡＣＦ、苯乙烯／烯烃共
聚基ＡＣＦ、木质素纤维基ＡＣＦ等。其中，前４种
均已实现广泛应用，并应用在环境保护（如水处
理、大气污染处理和空气净化）、电子及能源 方面、医学卫生等领域［３］。随着科技的发展与时
代的进步，ＡＣＦ＊ｈｈ类越来越多、功能特性不断改
进、应用领域不断拓宽，对人们的日常生活、工
业生产和新技术发展起着日益重要的作用。
１ ＡＯＦ的特点及性能
１．１吸附脱附性能
ＡＣＦ微孔结构发达，微孔结构直接分布于固
体表面，吸附质不需要像活性炭一样经长距离的
大孔、过渡：ｆＬＮ达微孔，粒内扩散阻力小，缩短
了吸附行程，因而吸附速度快，对气体的吸附一
般能在数十秒或几分钟达到平衡，使大量微孔得
到充分利用，这对于废气废水的深度处理具有重
要的应用前景 ］，ＡＣＦ再生率高，再生后吸附容
量恢复好，有利于多次循环使用。
１．２催化及氧化还原性能
ＡＣＦ表面含有大量的有机官能团，如羟基、
羰基、羧基、内酯基等，某些ＡＣＦ还含有胺基、
亚胺基及磺酸基等，这些有机官能团使得ＡＣＦ具
有较强的氧化还原能力，因此可以催化某些化学
反应。ＡＣＦ￣…ｍ将一些电极电位较高的离子还原为
零价或低价金属，利用ＡＣＦ的氧化还原特性，能
把钯离子、六价铬、银离子和三价金离子还原，
在贵金属的回收和冶炼，以及高价有毒有害废水
的治理方面，有极重要的参考价值 ］。
１．３ 电性能
ＡＣＦ是柔性的材料，并且具有导电导热性 好、耐高温、热膨胀性低、化学性能稳定等优秀
的特点，因此，它既能够用在电吸附上，也可以
用在制作电极材料和电容器上。
２ ＡｃＦ的应用和研究现状
ＡＣＦ具有吸附速度快和易脱附的特性，可
以加工成ＡＣＦ纸、毡、毯、布和其他特殊性状制 品，ＡＣＦ可用来与其他材料复合成为多功能的吸 附材料［６］，以下将着重介绍ＡＣＦ在环境保护、医
学卫生领域、电子及能源方面的应用现状。
２．１ 在环境保护方面的应用
２．１．１水处理
工业生产排放出的废水中含有大量的化学污
染物，通过采取措施对这些污染物富集和回收，
并对其进行加工处理，均可变废为宝。
①吸附染料废水污染物。染料的种类按特
点可分为直接染料、硫化染料、还原染料、酸性
染料、酸性络合染料、活性染料、钠夫孚染料、
氧化染料、分散染料、阳离子染料等。染料废水
是指在生产染料和颜料过程中排放的废水，合
成染料在生产和使用过程中，有１２％以废水形式
排出，染料废水具有成分复杂、色度高、可生化
性差等特点，同时，染料废水还有很强的毒性，
主要是因为有些原料和副产品中含有卤化物、氨
基物、硝基物等有机物，并且，染料废水的排放
量也很大，而且排放具有间歇性、水质不稳定，
属于难治理废水。如何有效地解决其对环境的危
害，一直以来都是污水处理中的难题。近些年以
来，国内外对活性炭吸附处理染料废水的研究较
多，目前，国内外对于染料废水的处理方法主要
有生物法、物理化学法、化学法以及一些优化组
合工艺等。 龚正君等［ 研究了采用ＺｎＣ１，活化稻草秸秆碳
化得到的ＡＣＦ吸附酸性品红的性能，结果表明，
ＡＣＦ对酸性品红的平衡吸附量９１．７５１ ｍｇ／ｇ，ＡＣＦ
吸附表面是不均匀的，常温下容易进行，且表面
覆盖度对吸附影响不大吸附过程吸热，吸附固液
界面无序，且混乱度较大。
罗丹明Ｂ作为一种人工合成有机染料具有致
癌性，被广泛应用于造纸印刷、纺织印染、皮
革、油漆等行业，染料污水中罗丹明Ｂ的浓度一
般高于１００ ｍｇ／１。刘岚昕 研究了聚丙烯腈基ＡＣＦ
对罗丹明Ｂ吸附性能，结果表明，当溶液为中性
时，溶液中罗丹明Ｂ的去除率最低，酸性和碱性
条件下去除率都有所增加，在实验浓度范围内，
罗丹明Ｂ的去除率随着罗丹明Ｂ初始浓度的增加而
减小。为了进一步探讨ＡＣＦ对水中罗丹明Ｂ的吸 附性能的影响因素，施超等ｐ 研究了ＡＣＦ对水中
罗丹明Ｂ的吸附，结果表明，ＰＨ值为２时，罗丹 第２期 郑艳军，等：活性碳纤维的应用现状及前景 一２３一
明Ｂ的吸附量最大，并随着ｐＨ值的增高吸附量随
之降低，离子（ＮａＣ１）强度对吸附的影响不大，
ＡＣＦ对罗丹明Ｂ的吸附量随着温度的升高逐渐增
加，较高温度下，ＡＣＦ对罗丹明Ｂ的吸附是白发
行为，且为吸热反应。 胡思前等 。 对比研究了纯壳聚糖膜和壳聚糖
／ＡＣＦ复合膜对甲基橙的吸附特性，表明，壳聚糖 和ＡＣＦ两者混合能互补壳聚糖形成的膜易卷曲和
ＡＣＦ单独吸附甲基橙较差的情况，壳聚糖与ＡＣＦ
的质量比为１：１．１时对甲基橙的去除率最高，几
乎吸附完全，吸附率为９９．５４％。
为了研究ＡＣＦ对甲基橙吸附性能以及循环利
用性能，杨哲等 通过ＡＣＦ负载二氧化钛复合催
化剂改性降解甲基橙，实验制备了ＡＣＦ负载二氧
化钛复合催化剂ＡＣＦ／ＴｉＯ，，并在紫外光下降解甲
基橙以考察其催化活性，在同等条件下，对未负
载二氧化钛的ＡＣＦ空白样品进行了对比实验，结
果表明，ＡＣＦ／ＴｉＯ，降解能力大于未负载的ＡＣＦ，
其降解能力是吸附性能和光催化性能的协同作
用，并拥有较长的循环使用寿命。
余波等［１ 研究以ＡＣＦ作为微波诱导催化剂，
采用微波诱导氧化工艺处理活性艳红Ｋ一２ＢＰ模拟
废水的特性，结果表明，ＡＣＦ的微波催化效果要
远好于颗粒活性炭。 王海荣等［１ 用ＡＣＦ处理含有多种直接染料的
模拟废水进行试验，研究ＡＣＦ处理染料废水的特
性，结果表明，ＡＣＦ对直接染料的处理效果不
佳，用ＡＣＦ对酸性铬蓝Ｋ染料液进行脱色实验，
脱色效果较好，吸附速度也较快。
②处理含盐废水。高盐废水主要包括高盐工 业废水和高盐生活污水，其主要来源于海水直接
利用于工农业生产生活所排放的废水和各种工业
废水，如印染、造纸、化工、制药和石油天然气
的开发等。此类废水中不仅含有大量的无机盐，
而且含有大量的难降解有毒有害物质，它的直接
排放影响了周围的生态环境。目前，含盐废水的
物化处理方法主要有热力法、化学法、电一膜法、 压力．膜法、焚烧以及深井灌注等除盐类型［１ 。
但由于电解法和焚烧法运行成本高，膜分离法中
的悬浮物和有机物会堵塞膜孔，深井灌注法会产
生二次污染等，使得这些技术很难在实际中推
广［１ ，为了最大限度地降低含盐废水对环境的危 害，我国研究者广泛关注ＡＣＦ吸附处理含盐废水
性能。
周贵忠等［１ 研究石墨．ＡＣＦ复合电极电吸附处
理含盐废水，结果表明，经过电吸附处理后，废
水中的盐度得到了很大的降低，而盐度是抑制微
生物生长的重要因素。另外，电吸附去除了废水
中部分难降解的大分子物质和对微生物的生长有
抑制作用的物质，也使微生物的耗氧速率加快。
张晓青等 通过试验研究了生物ＡＣＦ处理含
盐污水特性，实验结果表明，生物ＡＣＦ发挥了
ＡＣＦ吸附作用和微生物的降解作用，显著提高了
含盐污水的净化效果，具有吸附容量大，出水水
质稳定等特点而具有广泛的应用前景。
李娜等¨引以ＡＣＦ为电极材料处理ＮａＣ ｌ模拟
水，研究了ＡＣＦ电吸附处理含盐溶液吸附特性，
研究表明，电阻会随溶液浓度的增加而降低，相
应的比吸附容量随着浓度的增加而增加，随着电
压的升高，平均脱盐率先升高后趋于稳定。
李少华等［１ ９］通过以ＡＣＦ为电极材料研制液流
式电容去离子模块试验，研究了ＡＣＦ电极的电容 去离子脱盐性能，结果表明，ＡＣＦ电极用于电容
去离子脱盐具有吸附效率高、再生性能好的优
点。并且，对ＡＣＦ进行载钛改性，改性后的电极
单位吸附量提高了，在２１级电容去离子模块串联
作用下，离子去除率高达９５．２１％，处理后的电导
率与自来水相近，说明以ＡＣＦ为电极的电容去离
子技术具有广阔的应用前景。 为了提高ＡＣＦ脱盐性能，廖金金等＿２。。采用
ＡＣＦ毡作为自支撑电极材料，组装成电容器进行
恒流充放电脱盐测试，ＡＣＦ毡简化了电极制备过 程，又省去了以往电极制备中粘合剂等的使用。
同时，与以往的恒压充电模式脱盐相比，恒流充
电可以较灵敏地调节电极的充电电流密度，实现
电极的高效脱盐，随着电压的升高，电极表面碱
化严重。 ③吸附水中除草剂。敌草隆和阿特拉津是
农业上常用的典型除草剂，在其生产和使用过程 中，会进入水体产生污染。石林等＿２ 研究了ＡＣＦ
对水中典型除草剂的吸附行为，并且采用碱液进
行了ＡＣＦ的再生实验，结果表明，敌草隆较阿特
拉津更易被ＡＣＦ吸附，这与两种除草剂的化学结
构式有关，用较稀的碱液处理，再生效果较好，