聚丙烯腈活性低温碳纤维的活化方法、聚丙烯腈活性碳纤维及其制备方法与应用与流程

本发明涉及碳纤维表面改性，具体涉及一种聚丙烯腈活性低温碳纤维的活化方法、聚丙烯腈活性碳纤维及其制备方法与应用。

背景技术：

1、活性碳纤维(activated carbon fiber，acf)具有与活性炭相同的特点，比如较大的比表面面积、大量的微孔结构等，具有较为优异的吸附性能，同时活性碳纤维比活性炭具体有更为优异的力学性能、更加易于回收再生利用，因此常被用作广泛应用在污水处理、空气净化、储氢、溶剂回收、医药、载体、防毒、湿法冶金等方面。

2、制备活性碳纤维的原料一般有三大类，第一类为纤维素、植物树茎、稻壳、木质素等生物质原料，第二类为聚丙烯腈、塑料、树脂等高分子类原料；第三类为中间相沥青、石油焦煤焦油沥青等重质碳类原料。在各种acf中，聚丙烯腈基acf(pan-acf)的碳产率超过其原始前体质量的50％，大大降低了co2排放。目前活性碳纤维制备方法一般有化学活化法和气体活化法。气体活化法一般有水蒸气活化法、co2活化法以及空气活化法，化学活化法一般利用酸、碱等物质与无序碳发生反应从而在纤维内部和表面形成微孔结构来制备活性碳纤维。

3、cn106676676a给出一种聚丙烯腈基活性碳纤维的制备方法及该活性碳纤维的应用，首先对聚丙烯腈纤维进行三级热处理得到预氧化纤维，然后再氮气氛围中进行600-900℃的低温碳化，然后在700-1000℃温度范围内氮气：水蒸气体积比1：1环境中活化60-200min，得到最终的活化碳纤维。此活化方法工艺繁琐，且制备的活性碳纤维比表面积较低。

4、cn103409853a公开了一种从聚丙烯腈基预氧丝制备具有储能特征的活性碳纤维材料的方法及应用，对购买的预氧化纤维洗净干燥后用强碱进行活化处理，通过控制该过程中的水含量以及升温速率得到不同活化程度的活化碳纤维应用于电化学电容器。该方法使用强碱对设备材质要求高，同时增加了后续的污水处理等，工序比较繁琐，同时强碱活化过程不易控制。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的活性碳纤维比表面积低且制备步骤繁琐、力学性能损失较大的问题，提供一种聚丙烯腈活性低温碳纤维的活化方法、聚丙烯腈活性碳纤维及其制备方法与应用，该活化方法将酸处理和超临界二氧化碳处理结合，能够避免高温对纤维的损伤，同时将聚丙烯腈活性低温碳纤维内部溶剂更好排除并且不会造成空洞塌陷，提高最终制备的聚丙烯腈活性碳纤维的比表面积高，减少孔结构对其力学性能的影响程度，进一步使得聚丙烯腈活性碳纤维具有较高的力学性能。

2、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种聚丙烯腈活性低温碳纤维的活化方法，其特征在于，所述方法包括：

3、将低温碳纤维进行酸处理，得到预处理的活性低温碳纤维；将所述预处理的活性低温碳纤维进行超临界二氧化碳处理，得到聚丙烯腈活性低温碳纤维。

4、本发明第二方面提供一种制备聚丙烯腈活性碳纤维的方法，其特征在于，所述方法包括：

5、s1、将聚丙烯腈纺丝原液经过纺丝得到聚丙烯腈纤维，对所述聚丙烯腈纤维进行预氧化处理和低温碳化处理，得到低温碳纤维；

6、s2、将所述低温碳纤维进行活化，得到聚丙烯腈活性低温碳纤维；

7、s3、将聚丙烯腈活性低温碳纤维进行高温碳化处理，得到所述聚丙烯腈活性碳纤维；

8、其中，步骤s2中，所述活化方法为本发明第一方面所述的活化方法。

9、本发明第三方面提供一种由本发明第二方面所述的方法制备得到的聚丙烯腈活性碳纤维；

10、其中，所述聚丙烯腈活性碳纤维的比表面积为900-2900m2/g；所述聚丙烯腈活性碳纤维的单丝强度损失率为聚丙烯腈碳纤维单丝强度的0.3％-4％。

11、本发明第四方面提供一种第三方面所述的聚丙烯腈活性碳纤维在吸附领域中的应用。

12、通过上述技术方案，本发明提供的聚丙烯腈活性低温碳纤维的活化方法、聚丙烯腈活性碳纤维及其制备方法与应用获得以下有益效果：所述活化方法将酸处理和超临界二氧化碳处理相结合，能够避免高温对纤维的损伤，同时将聚丙烯腈活性低温碳纤维内部溶剂更好地排除并且不会造成空洞塌陷，提高最终制备的聚丙烯腈活性碳纤维的比表面积，减少孔结构对其力学性能的影响，进一步使得聚丙烯腈活性碳纤维具有较高的力学性能。

技术特征：

1.一种聚丙烯腈活性低温碳纤维的活化方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的活化方法，其中，所述酸处理包括：将低温碳纤维与酸溶液进行接触；

3.根据权利要求2所述的活化方法，其中，所述酸溶液的浓度为0.1-3g/ml，优选为1-3g/ml。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的活化方法，其中，所述超临界二氧化碳处理在反应釜中进行；

5.根据权利要求4所述的活化方法，其中，所述方法还包括：在进行超临界二氧化碳处理前，对所述反应釜进行排空处理；

6.一种制备聚丙烯腈活性碳纤维的方法，其特征在于，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述预氧化处理的过程包括将所述聚丙烯腈纤维经过多个温区进行阶梯式加热处理；

8.根据权利要求6或7所述的方法，其中，所述低温碳化处理的条件包括：温度为300-800℃，优选为400-800℃，升温速率5-10℃/min，优选为6-9℃/min；

9.由权利要求6-8中任意一项所述的方法制备得到的聚丙烯腈活性碳纤维；

10.权利要求9所述的聚丙烯腈活性碳纤维在吸附领域中的应用。

技术总结
本发明涉及碳纤维表面改性技术领域，公开了一种聚丙烯腈活性低温碳纤维的活化方法、聚丙烯腈活性碳纤维及其制备方法与应用。所述方法包括：将低温碳纤维进行酸处理，得到预处理的活性低温碳纤维；将所述预处理的活性低温碳纤维进行超临界二氧化碳处理，得到聚丙烯腈活性低温碳纤维。该活化方法将酸处理和超临界二氧化碳处理结合，能够避免高温对纤维的损伤，同时将聚丙烯腈活性低温碳纤维内部溶剂更好排除并且不会造成空洞塌陷，提高最终制备的聚丙烯腈活性碳纤维的比表面积高，减少孔结构对其力学性能的影响程度，进一步使得聚丙烯腈活性碳纤维具有较高的力学性能。

技术研发人员：乔蒙蒙,韩风,付东升,辛美音,张超峰,易闪闪
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23