[发明专利]低风阻活性炭纤维的制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种低风阻活性炭纤维的制备工艺。

背景技术

活性炭纤维(简称ACF)亦称纤维状活性炭，是20世纪60年代继粉末状、颗粒状活性炭之后发展起来的第三代高效活性吸附材料和环保工程材料。活性炭纤维的微孔发达，孔径均匀，分布于纤维表面，几乎都是有效孔，有效吸附表面积高达2000m2/g，有效吸附容量比颗粒活性炭(GAC)高10倍以上。所以，活性炭纤维吸附能力强、吸脱附速度快，对低浓度或微量的有毒有害气体有很好的吸附能力，在工业、农业、环境保护、医疗卫生、国防科学等领域有着广泛的应用前景。随着人们对活性炭纤维优越性能的认识不断提高，活性炭纤维在进一步改善生态环境、人类居住环境，保障人们身心健康、低碳生活等方面发挥着越来越重要的推动作用。但活性炭纤维与颗粒状活性炭相比，其缺点是风阻较大，导致使用活性炭纤维的环保设备配套的风机风压较大，运行成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种有效降低风阻的低风阻活性炭纤维的制备工艺。

本发明的技术解决方案是：

一种低风阻活性炭纤维的制备工艺，其特征是：依次包括下列步骤：

(1)针刺成毡：把含有粘胶纤维纱线的粘胶纤维用针刺机针刺成无纺布；

(2)浸泡阻燃剂：用配比浓度为5％-10％的磷酸氢二铵阻燃剂浸泡、烘干，烘干后的含水量为5％-8％；

(3)低温炭化：用低温炭化炉进行低温炭化处理，低温炉长度为13-15米，一区长度为4-6米，二区长度为2-4米，三区长度为5-7米；低温炭化各区温度设置为：一区200-230℃，二区250-260℃，三区280-290℃，低温炭化得率为47-51％，牵引速度为0.8-1.2m/s；

(4)高温炭化、活化：用高温炭化炉进行高温炭化处理，高温炉长度为7-10米，一区长度为2-3米，二区长度为3-5米，三区长度为3-5米；其温度设置为：一区750-800℃，二区850-900℃，三区850-900℃，蒸汽压力为0.05-0.08MPa，氮气保护下进行，依照1.2-2.0m/s的速度从炉膛中拉出，制备成比表面积为1000-2000m²/g的活性炭纤维。

所述含有粘胶纤维纱线的粘胶纤维，粘胶纤维纱线与粘胶纤维的重量比为1∶8～9。

步骤(2)中用磷酸氢二铵阻燃剂浸泡时间为10～30min，烘干温度为130-140℃。

本发明低风阻活性炭纤维是把粘胶基纤维和粘胶基纤维纱线按照一定比例混合，再通过浸渍阻燃剂、烘干、低温炭化、高温炭化、活化生产出来的一种新型、高性能、低风阻吸附材料。纤维与阻燃剂在浸渍处理过程中，相互作用产生一种特殊的共价化合物，能起到一定的阻燃和交联作用，可减少纤维裂解并以焦油形态从气相的排放物，因而可提高产品的收得率。在低温炭化过程中该共价化合物在升温过程中分解，呈现出明显的热失重状况，只有在分解温度的时段能保持一个较低的升温速度，才能使产品具有较好的强度和吸附能力，在此过程中粘胶基纤维纱线由于捻度较高，不能彻底炭化、排放出焦油。高温炭化、活化过程的主要作用：一是继续去除低温炭化以后纤维上残存的杂质，包括各种状态的磷等，二是逐渐形成活性炭的基体----类石墨微晶结构，三是水蒸汽与碳的反应，最终在此过程将能按要求形成各种规格的多孔纤维活性炭材料，由于粘胶基纤维纱线低温炭化不完全，导致在高温炭化、活化过程中形成很脆、强度很低的介质，通过较短的时间使用即可掉落，形成空隙，有效降低风阻。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

一种低风阻活性炭纤维的制备工艺，依次包括下列步骤：

(1)针刺成毡：把含有21S粘胶纤维纱线的2.5D粘胶纤维用针刺机针刺成无纺布；

(2)浸泡阻燃剂：用配比浓度为5％-10％(例5％、8％、10％)的磷酸氢二铵阻燃剂浸泡、烘干，烘干后的含水量为5％-8％(例5％、6％、8％)；

(3)低温炭化：用低温炭化炉进行低温炭化处理，低温炉长度为13-15米(例13米、14米、15米)，一区长度为4-6米(例4米、5米、6米)，二区长度为2-4米(例2米、3米、4米)，三区长度为5-7米(例5米、6米、7米)；低温炭化各区温度设置为：一区200-230℃(例200℃、215℃、230℃)，二区250-260℃(例250℃、255℃、260℃)，三区280-290℃(例280℃、285℃、290℃)，低温炭化得率为47-51％，牵引速度为0.8-1.2m/s(例0.8m/s、1m/s、1.2m/s)；