活性碳纤维的改性技术及在水处理方面的应用 2页

化工设计通讯新材料与新技术第43卷第11期ChemicalEngineeringDesignCommunicationsNewMaterialandNewTechnology2017年11月活性碳纤维的改性技术及在水处理方面的应用元丽，梁芳，何冰，张楠，郑妍（沈阳科创化学品有限公司，辽宁沈阳110144）摘要：综述了活性碳纤维（ACF）的改性方法，其中当前应用最广泛且备受关注的改性方法包括两种，分别是孔结构调整与表面化学改性，最具代表性的则是后者，涉及到的方法有热处理、氧化还原法等一系列较为常见的方法，在此基础上进一步介绍了改性后的活性碳纤维在饮用水、有机废水、重金属废水、焦化废水方面的技术应用。关键词：活性碳纤维；改性；水处理；应用中图分类号：X703文献标志码：A文章编号：1003–6490（2017）11–0095–02ModificationTechnologyofActivatedCarbonFiberandItsApplicationinWaterTreatmentYuanLi，LiangFang，HeBing，ZhangNan，ZhengYanAbstract：Themodificationmethodofactivatedcarbonfiber（ACF）isreviewed.Amongthem，themostwidelyusedandmodifiedmethodsincludetwokindsofmodificationmethods：porestructureadjustmentandsurfacechemicalmodification.ThemostrepresentativeisthelaterThispaperfurtherintroducestheapplicationofmodifiedactivatedcarbonfiberindrinkingwater，organicwastewater，heavymetalwastewaterandcokingwastewater.Theapplicationofmodifiedcarbonfiberindrinkingwater，organicwastewater，heavymetalwastewaterandcokingwastewaterisalsointroduced.Keywords：activatedcarbonfiber；modification；watertreatment；application1概况酸等，甚至还有诸多金属化合物溶液。对高比表面积的活性所谓的活性炭纤维被称为ACF，在20世纪60年代兴起，碳纤维进行了氟化处理和Ni负载，分别研究改性后样品的储属于碳质吸附剂。从整体角度分析，活性碳纤维是较为新颖氢性能。氟化后的活性碳纤维微孔体积减少但是单位体积的的碳质吸附剂，不仅表面积大、微孔丰富、吸附力强，并且储氢量却增加了；而经过Ni负载后的样品其微孔体积并没有自身所具备的吸附动力学性能比较高，同时，ACF耐酸、碱，发生改变，但是由于表面负载的Ni的催化活化作用，其储氢耐高温，适应性强，导电性和化学稳定性好。因此，ACF在量也大幅度増加。废水处理、饮用水净化等方面得到了广泛的应用。2.2.2热处理2活性碳纤维的改性技术热处理可分为高温热处理和微波处理。高温热处理是指单纯而言，活性碳纤维之所以表面积大，反应活性强，主在惰性气氛中通过高温加热的方法使活性碳纤维表面化学性要是因为自身的纳米孔体系比较丰富，并且不饱和碳原子众质发生改变的一种改性方法。在高温条件下ACF表面的官能多，这样一来，可给予可塑性，尤其是改良之后的活性碳纤维，团迅速分解，造成纤维的孔结构以及比表面积发生变化，从无论是表面积数量还是种类，均得到改善。经过归纳与总结，而达到改性的目的。活性碳纤维在热处理之后自身的疏水性活性碳纤维当前改良主要体现在两点，分别是对孔结构进行会得到增加，并且表面能够释放一定的物质，从本质上分析，调整以及对表面化学进行改性。虽然热处理在一定程度上提高了活性碳纤维的氧化反应活性，2.1孔结构调整但是从其他角度探究，自身的吸附能力还会存在缺陷。与此理论分析，对孔结构进行调整主要的方法是将孔体积增同时，活性碳纤维经过热处理之后还可以形成不含氧的碱性大，将微孔比例提高，之所以进行孔结构调整主要是改变吸物质，形成石墨化，石墨微晶进行游离，使其具备碱性。微附剂直径与分子的尺寸，实现吸附比例的完善性，提高效率。波改性是一种新型的活性碳纤维改性方法，与传统热处理方当前孔结构调整主要采取的方法众多，应用广泛的则包括活法相比，微波改性时间短、能量利用率更高，同时改性过程化法、碳沉积法等。从另外一个角度分析，进行孔结构调整中惰性气体消耗量也变少了。使用微波改性法改性ACF，改的时候，主要是利用磷酸氢二钠与硝酸钙，通过浸泡与活化性结果显示微波改性后使样品孔容和孔径减小，而且使其表的方式，不断增加活性碳纤维的中孔，当然，还会采取氯化面产生碱性基团吡喃酮，但是改性前后等电荷点位并没有发钠的方法，但是这种模式下会在一定程度上增加孔隙，无法生大的改变。保证孔壁的规则性，最为重要的便是孔结构需要利用其质量2.2.3化学气相沉淀比加以控制与改善。改性方法不仅包括以上几种，化学气相沉淀法也是其中2.2ACF表面化学改性具有代表性的方法，并且利用该方法能够及时引入特殊的官由于活性碳纤维的特异吸附性不强，不能满足人们各式能团。根据相关实验得知，尤其在一定的温度下，可以利用各样的需求。为了更好地挖掘活性碳纤维的应用潜力，需要化学气相沉淀进行处理，比如在掺杂氮的沥青基的时候，能对活性碳纤维进行适当地改性，目前活性碳纤维表面改性的够发现活性碳纤维表面的氮含量增多，尤其是吸附能力不断技术主要包括化学溶液浸渍，热处理，化学气相沉淀，氧化提高，氮的浓度会不断提升。这样一来可以进一步增加其吸还原法等。附量，也会提高亲水性。2.2.1化学溶液浸渍2.2.4氧化还原法化学溶液浸渍是比较常用的一种方法，主要是将其浸渍根据原理得知，氧化还原法是应用强氧化剂实现对活性在盐溶液之中，这样一来能够促使纤维表面尽可能的吸附金碳纤维表面的氧化，这样可以进一步增加活性碳纤维自身的属离子，并且还能够及时还原成金属单质，如此方可应用金物质数量，可不断增强其表面的极性。当然，氧化还原法还[1]属所产生的化学反应，不断提高活性碳纤维的吸附能力。据称为气相法，Shim等分别对沥青基活性碳纤维进行了硝酸了解，在采取化学溶液浸渍中主要会选择的物品有盐酸、硫和碱改性研究，结果表明，经过1mol/L的硝酸氧化之后，活22性碳纤维的比表面积从1462m/g减少至1226m/g，但是表面收稿日期：2017–09–18酸性官能团的数量增加至原来的3倍，改性后的样品离子交换作者简介：元丽（1981—），女，辽宁沈阳人，工程师，主要从事化（下转第103页）工分析工作。·95·\n化工设计通讯工艺与设备第43卷第11期ChemicalEngineeringDesignCommunicationsTechnologyandEquipment2017年11月接该承压类特种设备产品的焊工的具体使用情况，还应当与相关负责人的批准，并且将返修次数、部位以及具体情况上报，焊接该承压类特种设备产品相同条件下实现焊接工艺。在针这样能够对设备质量控制在标准范围。对一些具有热处理要求的承压类特种设备产品时，试件一般7结束语情况下，也会随着产品进行热处理操作。每一台承压类特种承压类特种设备对人们的生活、社会发展、国家经济而言，设备的产品试件的数量基本上都是由制造单位根据相关规范都具有非常重要的影响。因此，在针对承压类特种设备进行的要求进行确定，制造单位会根据产品的材料、厚度、结构制造过程中，要保证焊接环节的质量得到有效控制，提高对以及焊接工艺等各方面要求进行综合评定。焊接环节的重视度，从各个角度出发对各个环节实施有效的6焊接返修控制质量控制，为承压类特种设备质量提供有效保障。在针对承压类特种设备进行焊接操作时，为了保证焊接参考文献质量得到有效控制，在实施过程中，要按照设计压力、容积、[1]古志卿.中山市承压类特种设备安全监管的问题与对策研究[D].广盛装介质之间存在的不同，对焊接接头焊缝质量进行等级划州：华南理工大学，2014.分。针对不同等级要求对焊接质量的控制要求也大不相同。焊[2]沈功田，张万岭.特种设备无损检测技术综述[J].无损检测，2010.接一旦出现返修情况的话，那么应当采取具体措施对其进行[3]王铮.基于风险分析的特种设备行政许可改革研究[D].武汉：武汉处理，首先，应当对缺陷产生原因进行分析，并且提出返修工程大学，2016.方案。其次，在返修过程中，应当进行焊接工艺评定，或者[4]姚力.承压设备渗透检测技术发展现状[J].无损检测，2014.是根据已经评定合格的焊接工艺规程对其进行相对应的支持[5]尹宗杰.特种承压设备制造监督管理工作的研究[J].硅谷，2012.[6]。与此同时，在焊接过程中，应当尽可能保证返修整个过程[6]于亚男.特种设备全生命周期风险辨识技术研究[D].北京：中国地的准确记录，保证记录的准确性和有效性。如果在针对同一质大学，2012.部位进行返修超过2次的话，那么在返修前应当经过制造单位（上接第83页）参考文献应该做到按照图纸去安装。此外，在安装之前，应该对压缩[1]郑海滨，李爱军.二氧化碳压缩机高压缸前径向瓦振值高的原因分机进行仔细的检查，只有找出符合标准的零部件才能进行安析及对策[J].石油化工应用，2007，26（3）：86-87.装，避免在压缩机运行过程中出现故障。[7]（上接第95页）有毒有害物质含量高，对环境造成的威胁大。张培等采用[2]性能增加。张学军等将ACF浸泡在一定浓度的浓硫酸中使其活性碳纤维静态吸附模拟废水中的喹啉，结果表明，ACF对氧化，经氧化处理后ACF表面的羧基减少而酚羟基增多，ACF喹啉的吸附速率快，30min内基本达到平衡，初始浓度较高表面含氧官能团的总量增加，且45min氧化处理后，ACF对乙时，最终吸附容量较大，达210mg/g，低温和pH值小于7时，[8]醇的吸附量增加了18%，对N-甲基吡咯烷酮的吸附量提高了近吸附效果较好。孟洁等采用活性碳纤维对石化废水进行处3倍。理，考察了该材料对CODcr、氨氮、挥发酚、石油类的去除率，3改性活性碳纤维的在水处理方面的应用研究了活性碳纤维对石化废水净化的机理。结果表明，活性随着经济的发展，工业废水和城市生活废水的排放量也碳纤维对石化废水中的CODcr、氨氮、挥发酚、石油类的去逐年增加，可用水逐年减少，目前国内外利用改性后的活性除率分别可高达80.4%、95%、94.6%、67.7%。碳纤维处理废水成为研究热点。4结束语3.1ACF在饮用水处理方面的应用综上所述，在时代的不断发展下，有关活性碳纤维改性活性碳纤维对地下水具有明显的澄清和净化作用，可有的研究越来越多，然而根据分析与了解得知大多数研究仅仅效去除水中的有害物质，还可以滤除水中的细菌。很多ACF停留在实验室阶段，并没有真正发挥其作用与价值。除此之外，家用净水器逐渐被开发出来，具有很好的净化效果。另外，其成本较高，所以活性碳纤维的价格比较高，且表面结构具在工业用水中，活性碳纤维还能用于循环冷却水和锅炉用水有可变性，很多情况下，会导致表面问题与污染物反应机制的净化过程，ACF能有效去除水中的钙镁离子，起到除污防无法进行深层次研究，所以在这种发展趋势下，需要从实际垢的目的。日本学者对ACF吸附水溶液中卤代烃曾进行过实出发，并针对性地进行探究，对其反应机理展开分析，加强用性研究，在实验中发现活性碳纤维吸附量受到其他因素的对科学技术的应用，利用新工艺，不断降低生产成本，真正影响，比如所吸附的GHGI要远远大于GAC，并且这一系列发挥出活性碳纤维的作用与价值。的过程不会出现漏吸的现象，也不会因为粉化发生污染现象。参考文献除此之外，活性碳纤维在低浓度的情况下，对三氯甲烷等物[1]ShimJW，ParkSJ，RyuSK.EffectofmodificationwithHNO3and质有去除的作用，并且经过实验得知，其吸附速率与吸附容NaOHonmetaladsorptionbypitch-basedactivatedcarbonfibers[J].量均要比其他物质更加明显。故此依据这一实验，日本相关Carbon，2001.单位开发净水器，甚至还将河流湖泊的水变为饮用水。[2]张学军，范国强.活性炭纤维的氧化处理研究[J].环境污染治理技3.2ACF在有机废水处理方面的应用术与设备，2005.[3]唐登勇等采用活性碳纤维（ACF）吸附处理对硝基苯[3]唐登勇，郑正，郭照冰.活性碳纤维吸附处理对硝基苯酚生产废水酚（PNP）生产废水，考察了动态吸附和脱附过程。实验结[J].化工环保，2009.果表明，在298K、pH＝4时，最佳进水流量为0.25L/h，ACF[4]吕松，袁斌，杨晓光，等.染料生产废水的活性炭纤维处理研究[J].的有效吸附量为439.3mg/g，PNP去除率大于99.95%，TOC去东北电力学院学报，1999.除率大于99.5%，脱附率大于99.5%，ACF的吸附-脱附性能[5]吴艳林.活性炭纤维处理含镉废水的研究[J].辽宁城乡环境科技，稳定。ACF吸附和电解相结合的工艺能有效去除废水中的有2002.害物质，回收利用PNP和氯化钠，实现了PNP的清洁生产。[6]肖乐勤，陈霜艳，周伟良.改性活性炭纤维对重金属离子的动态吸[4]吕松等对ACF处理染料生产废水进行研究，结果表明，用附研究[J].环境工程，2011.40gACF处理0.6L燃料生产废水，CODCr可由3076mg/L降[7]张培，张小平，方益民，等.活性碳纤维对水中喹啉的吸附性能[J].到150mg/L，去除率达95％。化工进展，2013.3.3ACF在焦化废水处理方面的应用[8]孟洁，李兰，陈攀.活性碳纤维在石化废水处理中的应用研究[J].石油焦化化工废水水质成分复杂、水质水量波动频繁、中国农村水利水电，2015.·103·