一种纤维活性炭的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种纤维活性炭的制备方法，包括：a）将聚酰亚胺纤维在氮气的气氛下碳化，得到碳化纤维；b）将所述碳化纤维在水蒸汽中活化，得到纤维活性炭。本发明专利技术提供的制备方法制备的纤维活性炭具有抗拉伸，抗撕裂强度好的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及碳材料制备领域，具体涉及。
技术介绍
纤维活性炭是一种新兴、高效的吸附材料，由于其具有比表面积大、微孔发达、吸附脱附速度快以及易再生的特点，因此，人们可以进行长期重复使用；另外，它还具有良好的装填、缠绕性能、使用中消耗少以及对设备的适应性强的优点。另外，由于纤维活性炭其表面含有丰富的有机官能团，所以，它还具有良好的氧化还原特性，对气相与液相中的有机物和无机杂质均有良好的吸附作用；再加上，所述纤维活性炭具备较强的耐酸碱、耐腐蚀、耐高低温以及具有良好的导电性能，使得其能够应用在诸如环保、化工、电力、电子能源、湿法冶金、医疗与生物工程等等领域中，尤其在空气净化、水质净化、污水处理、有机溶剂回收等方面的应用，纤维活性炭更成为了不可或缺的材料。 虽然现有技术中提供的纤维活性炭已经能够满足在上述领域中应用的要求，但是在诸如军用防护服、防护帐篷、核工业中防护和屏蔽设施等领域，需要使用的纤维活性炭的抗拉伸和抗撕裂能力更强，所以现有的粘胶纤维、聚丙烯腈纤维、糠醛纤维、浙青纤维等制备出的纤维活性炭都不能满足上述应用的需要。所以本领域人员均开始研究具有高抗拉伸和抗撕裂的复合材料，德国和日本均有这方面的专利，其方法将现有的商品纤维活性炭用无机胶格点式粘在其它强度高的材料上，来提高材料的整体强度以满足上述需要。现有技术的方法虽然提高了产品的抗拉伸和抗撕裂能力，但是复合材料因胶粘工艺降低了纤维活性炭的表面积，从而降低了它的吸附性能和透气性，导致防护性能受到一定影响；另一方面虽然复合材料增加了材料整体强度，但局部强度仍然没有提高。由此可见，研制一种具有较高抗拉伸、抗撕裂强度的新型纤维活性炭以满足军工、航天、核工业和辐射防护等领域应用的需要便成为目前纤维活性炭领域亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种具有抗拉伸，抗撕裂强度好的纤维活性炭的制备方法。为了解决以上技术问题，本专利技术提供了，包括a)将聚酰亚胺纤维在氮气的气氛下碳化，得到碳化纤维；b)将所述碳化纤维在水蒸汽中活化，得到纤维活性炭。优选的，步骤a)具体为all)将聚酰亚胺纤维在氮气气氛中加热至30(T350°C保温lh，然后加热至40(T450°C保温 Ih ；al2)将步骤all)加热后的聚酰亚胺纤维继续加热至55(Γ 000 碳化I飞h，得到碳化纤维。优选的，步骤a)具体为a21)将聚酰亚胺纤维在氮气气氛中以每分钟2°C的速度升温从室温升温至500 0C ；a22)将步骤a21)加热后的聚酰亚胺纤维继续加热至55(Γ 000 ，碳化I飞h，得到碳化纤维。优选的，所述聚酰亚胺纤维为聚酰亚胺布或聚酰亚胺毡。优选的，在步骤a)之间还包括将所述聚酰亚胺纤维经过化学活化处理。优选的，所述化学活化具体为将聚酰亚胺纤维在磷酸或磷酸盐溶液中浸溃l(T60min后，取出，浙干备碳化和水蒸气活化用。 优选的，所述磷酸盐为，磷酸铵、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵一种或两种。优选的，所述磷酸或磷酸盐水溶液的浓度为O. 5wt°/Tl0wt%。优选的，步骤b)具体为bll)将步骤a)得到的碳化纤维在水蒸汽中加热，进行活化处理；所述活化处理的温度为60(T800°C。本专利技术提供了，使用聚酰亚胺纤维先进行碳化然后再进行活化，得到纤维活性炭。聚酰亚胺具有分子间结合紧密，机械强度高、力学性能好的特点。以此为原料纺制成纤维，再经过碳化、活化工艺，制备出具有很高拉伸强度的新型纤维活性炭。具体实施例方式为了进一步了解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术的优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点而不是对本专利技术专利要求的限制。本专利技术使用聚酰亚胺作为原料，将聚酰亚胺纤维丝、聚酰亚胺布或者聚酰亚胺毡、聚酰亚胺膜、聚酰亚胺纸等原料经过碳化、活化处理后得到纤维活性炭。按照本专利技术，聚酰亚胺是一种含有酰亚胺基团重复单元的聚合物，由于其具有均一的分子结构，且大部分的聚酰亚胺均含有芳香环，所以耐高温达400°C以上，长期使用温度范围-200 300°C，无明显熔点，高绝缘性能，103赫下介电常数为4.0，介电损耗仅O. 004 O. 007，属F至H级绝缘材料。按照本专利技术，本专利技术选用的聚酰亚胺优选通过如下方法制备以聚酰胺酸溶液为原料通过纺丝法进行聚酰亚胺纤维的制备，聚酰胺酸能够溶解于非质子溶剂中，从而在聚酰亚胺纤维化学结构的设计上具有无限可能性，得到化学结构适宜的聚酰亚胺纤维。本专利技术将二酐和二胺在有机溶剂中混合，发生聚合反应后得到聚酰胺酸溶液，具体包括。在本专利技术中，所述二酐包括但不限于均苯二酐(PMDA)、联苯二酐(BPDA)、二苯酮二酐(BTDA)、二苯醚二酐(0DPA)、二苯硫醚二酐(TDPA)、二苯砜二酐(SDPA)、三苯二醚二酐(HQDPA)、双酚A型二醚二酐(BPADA)、双酚F型二醚二酐(BPFDA)、联苯二酚二醚二酐等，可以为其中的一种或多种；当为其中的多种时，本专利技术对该多种二酐的摩尔比没有特殊限制，本领域技术人员可以根据目标纤维的性能进行选择、确定。所述二酐优选为PMDA、BPDA、TDPA和ODPA中的一种或多种。在本专利技术中，所述二胺包括但不限于对苯二胺(pro)、间苯二胺(MPD)、二苯甲烷二胺(MDA)、二苯醚二胺(0DA)、三苯二醚二胺(HQDPAXlf -双(4-氨基苯氧基)联苯(BAPB)、2，2-双丙烷(BAPP)、5 (6)-氨基-2-(4'-氨基苯基)苯并咪唑(PABZ)、5-氨基-2- (4-氨基苯基)苯并噁唑(PABO)、2，5- 二(4-氨基苯基)嘧啶(PRM)等，可以为其中的一种或多种；当为其中的多种时，本专利技术对该多种二胺的摩尔比没有特殊限制，本领域技术人员可以根据目标纤维的性能进行选择、确定。所述二胺优选为ODA、MDA、PPD和PABZ中的一种或多种。本专利技术对所述二酐和二胺以等摩尔比进行聚合。优选为I :0. 95^1. 05，更优选为1:1。在本专利技术中，所述非质子溶剂包括但不限于二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMS0)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等。 将上述方法制备的聚酰亚胺纤维为原材料，其原材料的形式优选为布、毡、膜、纸或丝。将所述聚酰亚胺在氮气的保护下，进行碳化处理，在高温炉中完成。碳化的温度优选为 550 0C 1000。。。第一种方式all)将聚酰亚胺纤维在氮气气氛中加热至30(T350°C保温lh，然后加热至40(T450°C保温 Ih ；al2)将步骤all)加热后的聚酰亚胺纤维继续加热至55(Γ 000 碳化I飞h，得到碳化纤维。第二种方式为a21)将聚酰亚胺纤维在氮气气氛中以每分钟2°C的速度升温从室温升温至500 0C ；a22)将步骤a21)加热后的聚酰亚胺纤维继续加热至55(Γ 000 ，碳化I飞h，得到碳化纤维。碳化后得到的碳化纤维需要经过活化处理，活化是一个将聚酰亚胺纤维氧化造孔过程。按照本专利技术，活化采用的是物理活化或化学活化和物理活化相结合的工艺，所述物理活化优选水蒸气为活化剂，化学活化使用的活化剂优选为磷酸或磷酸盐，磷酸盐优选磷酸铵、磷酸氢二铵和磷酸二氢铵中的一种或两种。所述磷酸或磷酸盐均为水溶液，浓度为O. 5wt9TlOwt%。按照本专利技术，如果选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纤维活性炭的制备方法，其特征在于包括：a）将聚酰亚胺纤维在氮气的气氛下碳化，得到碳化纤维；b）将所述碳化纤维在水蒸汽中活化，得到纤维活性炭。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王吉祥，金松乙，吕晓义，赵国良，
申请(专利权)人：长春高琦聚酰亚胺材料有限公司，
类型：发明
国别省市：