一般樹(shù)脂分為熱塑性樹(shù)脂與熱固性樹(shù)脂兩大類(lèi)。熱塑性材料主要具有低溫接著,組裝快速極容易重工之優(yōu)點(diǎn),但亦具有高熱膨脹性和高吸濕性缺點(diǎn),使其處于高溫下易劣化,無(wú)法符合可靠性、信賴(lài)性之需求。而熱固性樹(shù)脂如環(huán)氧樹(shù)脂(Epoxy)、Polyimide等,則具有高溫安定性且熱膨脹性和吸濕性低等優(yōu)點(diǎn),但加工溫度高且不易重工為其缺點(diǎn),但其可靠性高的優(yōu)點(diǎn)仍為目前采用廣泛之材料。
自1962年美國(guó)專(zhuān)利首次涉及隨后美國(guó)ORNL使用活性炭纖維過(guò)濾放射性碘輻射以來(lái),不同前驅(qū)體有機(jī)纖維及其活性炭纖維的研究和應(yīng)用得到快速發(fā)展。美國(guó)、英國(guó)、前蘇聯(lián)、特別是日本,是研究和使用ACF的大國(guó),年產(chǎn)量近千噸。國(guó)內(nèi)的ACF研究起始于80年代末期,到90年代后期陸續(xù)出現(xiàn)工業(yè)化裝置。大多處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。
制造方法:前驅(qū)體原料的不同,ACF的生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)也明顯不同。ACF的生產(chǎn)一般是將有機(jī)前驅(qū)體纖維在低溫200 ℃~400 ℃下進(jìn)行穩(wěn)定化處理,隨后進(jìn)行(炭化)活化。常用的活化方法主要有:用CO2或水蒸汽的物理活化法以及用ZnCI2,H3PO,H2PO4,KOH 的化學(xué)活化法,處理溫度在700 ℃~1 000 ℃間,不同的處理工藝(時(shí)間,溫度,活化劑量等)對(duì)應(yīng)產(chǎn)品具有不同的孔隙結(jié)構(gòu)和性能。用作ACF前驅(qū)體的有機(jī)纖維主要有纖維素基,PAN基,酚醛基,瀝青基,聚乙烯醇基,苯乙烯/烯烴共聚物和木質(zhì)素纖維等。商業(yè)化的主要是前4種。
功能化方法:功能化主要通過(guò)孔隙結(jié)構(gòu)控制和表面化學(xué)改性來(lái)滿足對(duì)特定物質(zhì)的吸附轉(zhuǎn)化。
ACF通常適用于氣相和液相低分子量分子(MW=300以下)的吸附。當(dāng)吸附劑微孔大小為吸附質(zhì)分子臨界尺寸的兩倍左右時(shí),吸附質(zhì)較容易吸附。孔徑調(diào)整的目的就是使ACF的細(xì)孔與吸附質(zhì)分子尺寸相當(dāng),通常采用下列方法:1)活化工藝或活化程度的改變(至納米級(jí));2)在原纖維中添加金屬化合物或其它物質(zhì)經(jīng)炭化活化,或采用ACF添加金屬化合物后再活化(中孔為主),原料纖維預(yù)先具有接近大孔的孔徑(大孔);3)烴類(lèi)熱解在細(xì)孔壁上沉積、高溫后處理(使孔徑變小)。
表面化學(xué)改性主要改變ACF的表面酸、堿性,引入或除去某些表面官能團(tuán)。經(jīng)高溫或經(jīng)氫化處理可脫除表面含氧基團(tuán)(還原);通過(guò)氣相氧化和液相氧化的方法可獲得酸性表面。改性需綜合考慮物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響。
結(jié)構(gòu)特征:活性炭纖維是一種典型的微孔炭(MPAC),被認(rèn)為是“超微粒子、表面不規(guī)則的構(gòu)造以及極狹小空間的組合”,直徑為10 μm~30 μm??紫吨苯娱_(kāi)口于纖維表面,超微粒子以各種方式結(jié)合在一起,形成豐富的納米空間,形成的這些空間的大小與超微粒子處于同一個(gè)數(shù)量級(jí),從而造就了較大的比表面積。其含有的許多不規(guī)則結(jié)構(gòu)-雜環(huán)結(jié)構(gòu)或含有表面官能團(tuán)的微結(jié)構(gòu),具有極大的表面能,也造就了微孔相對(duì)孔壁分子共同作用形成強(qiáng)大的分子場(chǎng),提供了一個(gè)吸附態(tài)分子物理和化學(xué)變化的高壓體系。使得吸附質(zhì)到達(dá)吸附位的擴(kuò)散路徑比活性炭短、驅(qū)動(dòng)力大且孔徑分布集中,這是造成ACF比活性炭比表面積大、吸脫附速率快、吸附效率高的主要原因。