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鞏義市波濤凈水材料有限公司
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閱讀：43發布時間：2022-12-13
活性炭作為一種吸附材料，廣泛用于化工、食品、醫藥、環境保護等專業技術中。近年來，隨著工業上對吸附技術的需求，國內新型活性炭材料相繼出現，從而大大豐富了這一材料的結構類型。近來，我們對已知的幾種新型材料進行了初步的分析對比，現將獲得的一些主要結果提供給有關專業人員參考。
一、對新型材料的需求
活性炭的生產和應用已經有了較長的歷史，雖然它的種類和適用范圍不斷擴展，但隨著科學技術的發展，當人們需要某種整體結構的活性炭材料時，傳統分散狀態的活性炭就不能滿足要求。因此一些專業人員致力于實現活性 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、國內新型材料的狀況
目前，國內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用性上有一些共同點，但由于加工方式和材料的結構不相同，因此也就有著各自的特性。
1 活性炭纖維
八十年代初期，國內就有該種材料的實驗性生產。目前在浙江、遼寧、吉林、山西等地已有多家企業實現規模生產。活性炭纖維是將化纖織物材料直接以炭化、活化工藝制得，產品呈絲束、布狀或氈狀。以后者為主。通過對國內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。吸附劑動活性通常可用實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，從破點到終點出口濃度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 中傳質區短，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。實驗條件：初濃度 C0=82.2mg/m3，破點濃度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，自破點出現后曲線平緩地發展，又經過長約140分鐘，C/C0值才達到0.28。這說明床層雖已穿透，但出口濃度卻遲遲不能接近進口濃度。實驗表明，活性炭纖維的傳質區長，破點出現后床層卻難以飽和，這在工程應用上是不利的。這個結果可能與選用材料的品種有關，其他廠家的產品是否具有此種特性，應注意加強實際應用中的考察研究。
⑵ 質地及觀感。實際應用中，發現活性炭纖維的強度很差，用手撕或稍用力捻壓即可成為粉末，在實驗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構致密，它的氣流阻力較大，部分測試數據如下表。
| 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 質地及觀感。活性炭布具有很好的強度，且材質柔軟，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。在氣流實驗中 ，單層活性炭布的阻力數據如下表。
| 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。實驗條件為：氣流速 度0.25m/s，初濃度C0=1674mg/m3，破點濃度C/C0=0.1。
⑵ 質地及觀感。該材料具有完好的整體結構，強度高，質地柔軟，不會因為用力撕扯或受氣流作用而受到破壞和變形，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構均勻，透氣性較好，在氣流實驗中所得部分數據如下表。
| 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。實驗條件為，床層厚度30mm，氣流速度0.lm/s，初濃度C0=500mg/m3，破點濃度C/C0=0.1。
⑵ 質地及觀感。活性炭泡沫塑料質地柔軟，但強度較差。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、新材料應用前景分析
目前，新型活性炭材料被廣泛用于衛生保健用品、安全防護用品、吸附凈化設備及其開發研究中。現結合上述各種材料有關特性的介紹，探討其在工業產品開發中應用的可行性。
1 防毒裝。目前，在有毒作業中缺乏適用于防毒的裝，在必需的環境中，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，不宜普遍應用。考慮新型材料的特點，可望開發出適用的工業防毒服裝。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據，特別是缺乏用于工業防毒服裝的相關數據，表中的分析結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鍵特性加以改進和調整，也就有可能開發 出實用的防毒服裝材料。
2 吸附凈化設備。新型活性炭材料在吸附凈化設備中已有應用。但由于新型材料均為整體結構，其結構致密，氣流阻力大。研究中曾對柱狀活性炭進行了測試，有關數據如下表。
| 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，得到破點以前的實驗曲線如圖5所示。實驗條件：氣流速度0.25m/s，床層厚度50mm， 氣體初濃度C0=334mg/m3，破點濃度C/C0=0.1。
與其他材料的實驗資料對比可以看出，柱狀活性炭破點出現的時間長，這說明它具有很好的保護作用特性。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計中具有很佳的操作特性。如果考慮薄床層的應用， 分散狀活性炭用于1~2cm厚床層的設計在技術上是可行的。因此，在固定床層吸附器的選材設計中，分散狀活性炭所處的地位依然是重要的。可以說，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計 ，但應和分散狀活性炭進行充分的經濟和技術指標對比，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計，應充分研究它對所處理物質的動態吸附特性，不要輕易地以它的靜活性推測出動活性數據。如果穿透曲線出現圖2所示的情況，則說明這種材料不該用于吸附器的設計中，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用前景所進行的分析，由于實驗條件的限制，目前尚難以做出更加全面的評價，希望有關的科研人員對于新型材料的實驗研究方法以及用于后續開發的技術產品標準等做更多的工作，使之在勞動保護及其他專業技術中發揮更大的作用。
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