沟槽式管接头
摘要 活性炭纤维(AcF)是一种新型高效吸附剂，与颗粒活性炭(GAC)相比，它具有比表面积大、吸附速度快、吸附容量大等特点：介绍了这种新型环境功能材料的主要性能及其在环境保护中的应用研究。关键词活性炭纤维；活性炭颗粒；吸附；微孔；环境；材料中图分类号X37 文献标识码A
1 活性炭纤维(ACF)简述
1.1 活性炭纤维的结构 活性炭纤维中经活化生成的空隙中90％以上为微孔，这就为活性炭纤维提供了巨大的比表面积，且微孔孔径绝大部分相近，孔径分布狭窄而均匀，在零点几纳米至几纳米范围内。
1.2 活性炭纤维的化学组成 活性炭纤维的主要成分是碳，此外还有少量氢和氧等元素，采用特殊的纤维原料或特殊制备工艺，可以在活性炭纤维表面引进N、S等杂原子，还可采用金属氯化物或硝酸盐溶液浸渍等方法在活性炭纤维表面引进各种金属化合物。
活性炭纤维的表面有一系列活性官能团，主要是含氧官能团。如羟基、羧基、羰基、内酯基等。有的活性炭纤维还含有胺基、亚胺基及巯基等官能团。
1.3 活性炭纤维的性质
1.3.1 吸附特性。①吸附容量大：活性炭纤维具有发达的微孔结构，各种污染物在活性炭纤维表面以多段微孔填充的方式迅速、稳定地聚集于活性炭纤维微孔内，因而吸附量大。②吸附脱附速度快：活性炭纤维表面主要是孔径分布集中的微孔，吸附质无须如活性炭那样经长距离的大孔、过渡孔到达微孔，粒内扩散阻力小，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，对液体的吸附也仅需几十分钟。③对低浓度物质的吸附能力特别优良：在表面吸附中，孔径越小，吸附力场越大。对低浓度的吸附能力特别优良，活性炭在甲苯浓度低于O.01％时基本失去吸附能力，而活性炭纤维在0.001％浓度下仍达到较好效果。
1.3.2 氧化还原特性。活性炭纤维的氧化还原性能在其从溶液中吸附金属离子时表现最为明显。活性炭纤维的氧化还原特性是由一系列电极电位不同的表面活性基团引起的，活性炭纤维可以作为还原剂，也可用作氧化剂，这取决于所用体系的电位高低。参与反应的基
团种类和浓度不同，活性炭纤维氧化还原容量也不同。
1.3.3 其他特性。活性炭纤维还兼有纤维的各种特性，能制成纤维束、纸、布、毡等形状，且性能良好。如，活性炭纤维纸比表面积可保持在原活性炭纤维的75％左右，这样方便了工程应用和工艺简化。另外，很容易在活性炭纤维巨大的表面积上添加金属、盐类，或改变活化工艺，可得到针对特定的活性炭纤维产品，用途大大拓宽。
制作衣架1.4 活性炭纤维的吸附与再生
1.4.1 活性炭纤维的吸附。活性碳纤维中没有明显的中孔与大孔，但存在着大量的直径为2 nm左右的微孔，孔径分布窄。由于微孔含量丰富，活性炭纤维的比表面积高达1 000～3 000 m2／g。活性炭纤维微孔直接开于纤维表面，吸附质可直接进入微孔，吸附路径大大缩短。活性炭纤维的吸附有静态吸附和动态吸附2种，动态与静态吸附相比，吸附速度更快，原因在于被吸附物在流动中能更好地与微孔接触，同时充分利用浓度梯度，增加吸附的推动力。
1.4.2 吸附剂的再生。由于活性炭纤维的单丝直径远小于粒状的活性炭柱体直径，微孔直
接暴露于表面，解吸时吸附质扩散出来的路程相对更短，所以活性炭纤维可在更缓和的条件下解吸，且速度快。用10％的NaOH溶液再生吸附饱和的活性炭纤维，试验表明，吸附容量几乎不变，再生后的活性炭纤维几乎无损失。
2 活性炭纤维在环境中的应用
2.1 在气体处理方面的应用 SO2污染是我国亟需解决的环境问题，在纷繁复杂的治理技术中，活性炭纤维脱硫因其处理效果好，投资运行费用低，实现“资源化”，活性炭纤维可再生利用等优点而引人注目。四川大学环境学院对此进行了研究，试验表明，活性炭纤维对烟气中SO2有稳定的催化转化效果。S02被吸附在表面的含氧基团活性中心上，降低了SO2转化为SO3的活化能，反应产物为硫酸。 洗手粉
目前工业应用以吸附为主，可处理含H2、NH3、CS2、NO、NO2、H2S、堵漏工具CO、CO，、HF、SiF4以及各种有机蒸气的废气。
2.2 在水处理方面的应用 活性炭纤维在水处理方面的应用非常广泛，可用于BOD、地沟油提炼生物柴油COD、TOC、颜、臭味、油、苯酚等的去除，是城市生活污水高级处理的优先选择。另
外活性炭纤维在净水工艺中可以抑制藻类的发生，除去由微生物产生的异臭、异味，除去由生产废水流入等而产生的异臭、异味，除去油、ABS、农药、余氯，除去腐殖质等。
2.2.1 水中微量酚类有机物的脱除。酚类有机物是化工、制药、炼焦等行业排放的最常见的污染物之一，微量的酚就可影响人们的身体健康，因而含酚废水的治理是环境保护领域的重点和难点。活性炭纤维对微量有机物的吸附捕获能力远高于活性炭，因而更适用于废水中微量有机酚和其他污染物的治理。
法国科学家详细地研究了活性炭纤维对水中微量酚的吸附情况，并与活性炭的作用对照。研究表明，不论是动态中还是在静态中，活性炭纤维对微量污染物吸附速率和选择性均优于活性炭。活性炭纤维的吸附速率比活性炭高5～10倍，这是由于活性炭纤维没有大孔，吸附质可直接进入活性炭纤维微孔被吸附，而活性炭则需通过扩散才能使吸附质到达其微孔结构被吸附。随着活性炭纤维变细，微孔结构更丰富，吸附速率更快。活性炭纤维不仅具有较快的吸附速率，还具有较高的吸附量，这也归功于活性炭纤维较高的比表面积和微孔结构。
2.2.2 废水中有用物质回收。活性炭纤维的微孔结构与表面特殊的官能团有吸附选择性，
可吸附工业废水中的有机化工原料、金属离子等有用成分，通过脱附回收，可实现环境效益与经济效益双赢。吉林化学工业公司某晒黑T染料厂的生产废水CODcr,达3 000～4 000 mg／L，经活性炭纤维处理，去除率达95％，出水CODcr低于150 mg／L，达到工业污水综合排放一级标准。吸附饱和的活性炭纤维经碱脱附剂处理后可以再生，脱附液经酸处理可回收有用物质，具有一定的经济效益。
2.2.3 废水深度处理。工业废水经生物处理、物理化学处理后，仍达不到工业废水排放标准时，可用活性炭纤维进行深度处理。吉林化学工业公司某车间废水经混凝一澄清一过滤处理后，其CODcr仍高达5 000～8 000 mg／L，经活性炭纤维吸附处理后，出水CODcr低于1 000 mg／L，达到废水排放标准。
2.2.4 饮用水处理方面的应用。由于地下水和地表水的污染，水中各种有机物和大肠杆菌严重超标，目前最常用的消毒杀菌方法是用处理，而残氯与水中有机物反应产生消毒副产物，如卤代烃等三致(低压蒸汽锅炉致癌、致崎、致突变)物质(THM)。活性炭纤维含有丰富的微孔结构和巨大的比表面积，能吸附水中有害物质，对THM潜在物的去除率达80％，TOC的去除率大于50％，吸附饱和的活性炭纤维可以利用碱性物质再生。
此外，各类藻类、霉类及铁锈等物质也必须除去。活性炭纤维由于其丰富的微孔结构和较大的比表面积，因而能对这些有害物进行有效的吸附，并达到净化水的目的。活性炭纤维除了对易挥发有机物具有良好的吸附性能外，由于其表面还具有很多极性含氧基因，因此还能对水中许多无机离子如Cd、Pb等吸附分离，因此活性炭纤维还可用于制备电子工业、饮料行业等所需的超纯水和特种用水。
2.3 在其他方面的应用
2.3.1 劳保防护。用活性炭纤维制成的防毒面具及化学防护衣，适合有毒气体岗位的化学防护。与粒状活性炭相比，不仅过滤效果提高，且吸附层重量减轻，装备小型化、轻量化。此外，可防化学辐射，用于制作防化学辐射器材。
2.3.2 环境监测。活性炭纤维对大气、水中痕量物质吸附性能好。已发明的活性炭纤维环境监测仪器使用、携带方便。
2.3.3 清洁生产。清洁生产讲求污染物的“零排放”，碳浆法提金技术使用活性炭纤维微吸附剂，已在国内取得了专利。该技术大大缩短了提金时间，且炭纤维磨损率低，减少了金
的损失。活性炭纤维能有效回收几乎所有溶剂，特别是低浓度溶剂。对企业降低生产成本，减少污染意义重大。
在循环冷却水尤其是敞开蒸发的系统中，系统的长垢和腐蚀问题相当突出。活性炭纤维降低了水体系的电势以及溶解氧浓度，吸附了一些杂质离子，对循环冷却水系统中的铁管、热交换器等金属有很好的防腐作用。
3 活性炭纤维的改进方案
3.1 降低活性炭纤维的生产成本及价格 目前国内活性炭纤维的价格是活性炭颗粒的10倍以上，成为影响活性炭纤维推广的最大问题。拓宽活性炭纤维应用领域，实现活性炭纤维规模化生产是降低活陛炭纤维价格的主要出路。同时，企业要研究低成本的技术和设备，在环保领域使用的活性炭纤维尽量采用中低模量炭纤维，不一定要用高强度、高模量的炭纤维，也可以降低活性炭纤维的成本。
3.2 改进活性炭纤维的炭化活化工艺和设备在以废水处理为代表的液相吸附领域应用要求的提高，中孔发达的活性炭纤维成为活性炭纤维的一个发展方向。改进活性炭纤维的炭化
活化工艺和设备，通过预处理或后处理改善活性炭纤维的表面结构和性能，使之适合应用要求。
3.3 发展活性炭纤维废气、废水处理新工艺 活性炭纤维吸附性能优良，但其催化特性没有充分利用。现有活性炭纤维处理过程多采用半连续工艺，考虑能否实现吸附质或生成物的自动脱附，实现连续化，研究合理的活性炭纤维填料形状、结构及装填方式来降低压损，从而减少能耗。经济上合理将真正使实验室成果应用到工业生产。
3.4 扩展活性炭纤维材料新的应用领域上文提到的只是活性炭纤维优良特性的一部分，它应有更广泛的用途。活性炭纤维吸附垃圾焚烧废气，治理汽车尾气有很好的应用前景，且可以尝试用活性炭纤维代替活性炭，与臭氧配合使用产生复合效果，观察能否提高技术效果及降低处理费用。
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