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閱讀：33發(fā)布時間：2022-12-13
活性炭作為一種吸附材料，廣泛用于化工、食品、醫(yī)藥、環(huán)境保護(hù)等專業(yè)技術(shù)中。近年來，隨著工業(yè)上對吸附技術(shù)的需求，國內(nèi)新型活性炭材料相繼出現(xiàn)，從而大大豐富了這一材料的結(jié)構(gòu)類型。近來，我們對已知的幾種新型材料進(jìn)行了初步的分析對比，現(xiàn)將獲得的一些主要結(jié)果提供給有關(guān)專業(yè)人員參考。
一、對新型材料的需求
活性炭的生產(chǎn)和應(yīng)用已經(jīng)有了較長的歷史，雖然它的種類和適用范圍不斷擴(kuò)展，但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，當(dāng)人們需要某種整體結(jié)構(gòu)的活性炭材料時，傳統(tǒng)分散狀態(tài)的活性炭就不能滿足要求。因此一些專業(yè)人員致力于實(shí)現(xiàn)活性 炭材料整體化的研究。這類工作在國外早有報道，例如將活性炭粉涂布在衣服纖維中，制得了具有防糜爛或防有毒氣體功能的服裝。
二、國內(nèi)新型材料的狀況
目前，國內(nèi)新型材料的品種較多。通過對幾種主要材料的分析對比可以看出，各種材料在整體性和實(shí)用性上有一些共同點(diǎn)，但由于加工方式和材料的結(jié)構(gòu)不相同，因此也就有著各自的特性。
1 活性炭纖維
八十年代初期，國內(nèi)就有該種材料的實(shí)驗(yàn)性生產(chǎn)。目前在浙江、遼寧、吉林、山西等地已有多家企業(yè)實(shí)現(xiàn)規(guī)模生產(chǎn)?；钚蕴坷w維是將化纖織物材料直接以炭化、活化工藝制得，產(chǎn)品呈絲束、布狀或氈狀。以后者為主。通過對國內(nèi)某種活性炭纖維氈的使用和測試，基本性能如下：
⑴ 吸附特性 。 對于溶劑苯的吸附，靜活性在40%以上；但動活性很低，這是一種很特殊的情況。吸附劑動活性通?？捎脤?shí)際操作條件下的穿透曲線來說明，典型的吸附穿透曲線形狀如圖1。
在此曲線中，從破點(diǎn)到終點(diǎn)出口濃度C接近初濃度C。之間的水平距離越短越好，即穿透曲線越陡越好，表明床層 中傳質(zhì)區(qū)短，床層利用率高。
所選活性炭纖維床層的穿透曲線如圖 2 所示。實(shí)驗(yàn)條件：初濃度 C0=82.2mg/m3，破點(diǎn)濃度C/C0=0.1，床層厚度50mm，氣流速度0.15m/s。
該曲線與典型的穿透曲線差異較大，自破點(diǎn)出現(xiàn)后曲線平緩地發(fā)展，又經(jīng)過長約140分鐘，C/C0值才達(dá)到0.28。這說明床層雖已穿透，但出口濃度卻遲遲不能接近進(jìn)口濃度。實(shí)驗(yàn)表明，活性炭纖維的傳質(zhì)區(qū)長，破點(diǎn)出現(xiàn)后床層卻難以飽和，這在工程應(yīng)用上是不利的。這個結(jié)果可能與選用材料的品種有關(guān)，其他廠家的產(chǎn)品是否具有此種特性，應(yīng)注意加強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用中的考察研究。
⑵ 質(zhì)地及觀感。實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)活性炭纖維的強(qiáng)度很差，用手撕或稍用力捻壓即可成為粉末，在實(shí)驗(yàn)氣流的沖擊下很容易起毛或變形。
⑶ 氣流阻力。由于活性炭纖維氈結(jié)構(gòu)致密，它的氣流阻力較大，部分測試數(shù)據(jù)如下表。
| 床層厚度(mm) | 流速（m/s） | 壓降（mmH2O） |
| 6 | 0.15 | 6 |
| 0.20 | 10 | |
| 0.25 | 14 | |
| 50 | 0.15 | 58 |
| 0.25 | 95 |
2 活性炭布
這是一種將活性炭粉與膠粘劑混合后涂在布基上的材料，厚約0.5mm，由防化兵系統(tǒng)研制，主要特性如下：
⑴ 吸附特性。該種材料對于苯的靜活性約為14%。由于它不具備用于吸附床層的使用條件，未測定穿透特性。
⑵ 質(zhì)地及觀感?；钚蕴坎季哂泻芎玫膹?qiáng)度，且材質(zhì)柔軟，適于折迭、裁剪和縫制 。
⑶ 氣流阻力。 活性炭布的透氣性較差，這是由于所選基材致密，且在加工制作中使用了膠粘劑。在氣流實(shí)驗(yàn)中 ，單層活性炭布的阻力數(shù)據(jù)如下表。
| 流速（m/s） | 0.15 | 0.20 | 0.25 |
| 壓降（mmH2O） | 24 | 44 | 60 |
3 活性炭氈
這是一種將活性炭粉分布在多孔隙織物中制得的氈狀材料，該材料厚度可以選擇，活性炭的含量也可以變化，目前的制品含炭量約10%。
⑴ 吸附特性。對于苯的靜活性約4%左右。對于50mm厚的床層，測試其穿透曲線如圖3所示。實(shí)驗(yàn)條件為：氣流速 度0.25m/s，初濃度C0=1674mg/m3，破點(diǎn)濃度C/C0=0.1。
⑵ 質(zhì)地及觀感。該材料具有完好的整體結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度高，質(zhì)地柔軟，不會因?yàn)橛昧λ撼痘蚴軞饬髯饔枚艿狡茐暮妥冃?，且裁剪及縫制性能都很好。
⑶ 氣流阻力。活性炭氈材料的孔隙結(jié)構(gòu)均勻，透氣性較好，在氣流實(shí)驗(yàn)中所得部分?jǐn)?shù)據(jù)如下表。
| 床層厚度(mm) | 流速（m/s） | 壓降（mmH2O） |
| 3 | 0.15 | 2 |
| 0.20 | 6 | |
| 0.25 | 7 | |
| 6 | 0.15 | 4 |
| 0.20 | 8 | |
| 0.25 | 10 | |
| 50 | 0.25 | 24 |
4 活性炭泡沫塑料
該材料以泡沫塑料為基材，將活性炭粉與膠粘劑混合后涂布在泡沫塑料的孔隙中，材料厚2mm。
⑴ 吸附特性。對苯的靜活性約50%。穿透曲線如圖4。實(shí)驗(yàn)條件為，床層厚度30mm，氣流速度0.lm/s，初濃度C0=500mg/m3，破點(diǎn)濃度C/C0=0.1。
⑵ 質(zhì)地及觀感。活性炭泡沫塑料質(zhì)地柔軟，但強(qiáng)度較差。在縫制特性上也不理想，縫線后受力容易破裂。
⑶ 氣流阻力。對30mm厚的床層所測氣流阻力如下表。
| 流速（m/s） | 0.1 | 0.3 | 0.5 |
| 壓降（mmH2O） | 8.2 | 32.8 | 64 |
三、新材料應(yīng)用前景分析
目前，新型活性炭材料被廣泛用于衛(wèi)生保健用品、安全防護(hù)用品、吸附凈化設(shè)備及其開發(fā)研究中。現(xiàn)結(jié)合上述各種材料有關(guān)特性的介紹，探討其在工業(yè)產(chǎn)品開發(fā)中應(yīng)用的可行性。
1 防毒裝。目前，在有毒作業(yè)中缺乏適用于防毒的裝，在必需的環(huán)境中，多采用涂膠材料制成的防毒服，這與防化兵所用的裝相似。這類材料以涂膠層阻斷了毒物侵入皮膚的途徑，但同時也阻斷了人體與環(huán)境間的氣體和熱量交換，穿著時悶熱多汗，無舒適感，不宜普遍應(yīng)用?？紤]新型材料的特點(diǎn)，可望開發(fā)出適用的工業(yè)防毒服裝。這里對幾種材料的基本性能分析列表介紹如下。
| 基本性能材料 | 吸附性能 | 透氣性 | 裁剪縫制性 | 綜合改進(jìn)性 |
| 活性炭布 | ∨ | △ | ∨ | × |
| 活性炭纖維 | ∨ | ∨ | △ | × |
| 活性炭氈 | △ | ∨ | ∨ | ∨ |
| 活性炭泡沫塑料 | ∨ | ∨ | △ | × |
由于缺乏材料間可以對比的方法和數(shù)據(jù)，特別是缺乏用于工業(yè)防毒服裝的相關(guān)數(shù)據(jù)，表中的分析結(jié)果具有一定的主觀性，但仍可供在研究工作中參考。如果在材料制作中能對某些關(guān)鍵特性加以改進(jìn)和調(diào)整，也就有可能開發(fā) 出實(shí)用的防毒服裝材料。
2 吸附凈化設(shè)備。新型活性炭材料在吸附凈化設(shè)備中已有應(yīng)用。但由于新型材料均為整體結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)致密，氣流阻力大。研究中曾對柱狀活性炭進(jìn)行了測試，有關(guān)數(shù)據(jù)如下表。
| 品名 | 尺寸d×L（mm） | 床層厚度（mm） | 氣流速度（m/s） | 壓降（mmH2O） |
| GH-71 | 3×5 | 50 | 0.25 | 3 |
用含苯空氣對該床層測試，得到破點(diǎn)以前的實(shí)驗(yàn)曲線如圖5所示。實(shí)驗(yàn)條件：氣流速度0.25m/s，床層厚度50mm， 氣體初濃度C0=334mg/m3，破點(diǎn)濃度C/C0=0.1。
與其他材料的實(shí)驗(yàn)資料對比可以看出，柱狀活性炭破點(diǎn)出現(xiàn)的時間長，這說明它具有很好的保護(hù)作用特性。加上柱狀活性炭床層的氣流阻力很低，使得它在吸附器床層的設(shè)計(jì)中具有很佳的操作特性。如果考慮薄床層的應(yīng)用， 分散狀活性炭用于1~2cm厚床層的設(shè)計(jì)在技術(shù)上是可行的。因此，在固定床層吸附器的選材設(shè)計(jì)中，分散狀活性炭所處的地位依然是重要的?？梢哉f，活性炭布以外的幾種新型活性炭材料，雖可以考慮用于吸附器床層的設(shè)計(jì) ，但應(yīng)和分散狀活性炭進(jìn)行充分的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)指標(biāo)對比，然后再作出選擇。
需特別指出的是，活性炭纖維材料如果用于吸附床層的設(shè)計(jì)，應(yīng)充分研究它對所處理物質(zhì)的動態(tài)吸附特性，不要輕易地以它的靜活性推測出動活性數(shù)據(jù)。如果穿透曲線出現(xiàn)圖2所示的情況，則說明這種材料不該用于吸附器的設(shè)計(jì)中，此時吸附裝置可能成為廢氣通道，而難以保證凈化要求。
本文對新型活性炭材料的特性及應(yīng)用前景所進(jìn)行的分析，由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，目前尚難以做出更加全面的評價，希望有關(guān)的科研人員對于新型材料的實(shí)驗(yàn)研究方法以及用于后續(xù)開發(fā)的技術(shù)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)等做更多的工作，使之在勞動保護(hù)及其他專業(yè)技術(shù)中發(fā)揮更大的作用。
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