任東雪，焦明立*，鄭 瑾，刁 泉，張彩云，裴海燕，曹 健

( 1.中原工學(xué)院材料與化工學(xué)院，河南 鄭州 450000；2.中原工學(xué)院紡織學(xué)院，河南 鄭州 450000)

酚醛基活性炭纖維的研究進(jìn)展

任東雪1，焦明立1*，鄭 瑾2，刁 泉1，張彩云1，裴海燕1，曹 健1

(1.中原工學(xué)院材料與化工學(xué)院，河南 鄭州450000；2.中原工學(xué)院紡織學(xué)院，河南 鄭州450000)

從酚醛樹脂的合成經(jīng)紡絲成纖制得酚醛纖維，再將酚醛纖維經(jīng)碳化、活化最終制得酚醛基活性炭纖維(PACF)的工藝過(guò)程綜述了PACF的研究進(jìn)展；其中重點(diǎn)介紹了酚醛樹脂的成纖方法：熔融紡絲法、離心紡絲法、濕法紡絲法以及酚醛纖維的化學(xué)活化法和物理活化法；闡述了PACF的結(jié)構(gòu)性能以及在吸附領(lǐng)域、超級(jí)電容器、高效集熱材料，抗菌纖維等方面的應(yīng)用；展望了PACF的發(fā)展前景，指出降低生產(chǎn)成本，避開溶液固化過(guò)程、降低污染、拓展應(yīng)用范圍是PACF在未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)的研究方向。

酚醛纖維 活性炭纖維 碳化 活化 工藝 應(yīng)用 進(jìn)展

活性炭纖維(ACF)是一種功能纖維，具有強(qiáng)度高、耐高溫、加工成形性好以及耐酸/堿腐蝕、可再生、對(duì)環(huán)境友好等特性，使得ACF一經(jīng)問(wèn)世便受到廣泛關(guān)注；同時(shí)，ACF具有較好的吸附性能、較大的吸附容量以及吸脫速度快的優(yōu)點(diǎn)。目前ACF及其制品已廣泛應(yīng)用在環(huán)保、化工、防護(hù)等多個(gè)行業(yè)。

制備ACF所用的原絲主要有酚醛纖維、粘膠纖維、聚丙烯腈纖維等。酚醛基活性炭纖維(PACF)與聚丙烯腈基ACF等相比，具有碳化收率高、導(dǎo)電性好、制品強(qiáng)度高、比表面積大、孔徑分布均勻、吸脫速度快、制品柔軟、深加工性好等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于治理環(huán)境污染、防化防毒服以及超級(jí)電容器等領(lǐng)域[1]。隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，進(jìn)一步探索產(chǎn)率高、性能好、能耗低和價(jià)格優(yōu)的PACF將會(huì)具有更廣闊的前景。

1 PACF的制備

PACF的制備步驟如下：酚醛樹脂的合成、紡絲成纖、酚醛纖維、碳化、活化，最后得到PACF。

1.1酚醛樹脂的合成

酚醛樹脂是由酚類化合物和醛類化合物經(jīng)縮聚而成的一種合成樹脂，因催化劑不同可制得熱固性酚醛樹脂和熱塑性酚醛樹脂，兩者都是制備PACF最基本的原料。苯酚/甲醛摩爾比大于1時(shí)，在酸性催化劑作用下，苯酚與甲醛反應(yīng)后減壓脫水，生成線型結(jié)構(gòu)的熱塑性酚醛樹脂。苯酚/甲醛摩爾比小于1，在堿性催化劑存在下使反應(yīng)介質(zhì)pH值大于7，將反應(yīng)物加熱到60 ℃以上，反應(yīng)數(shù)小時(shí)即可生成體型結(jié)構(gòu)的熱固性酚醛樹脂。宋家樂等[2]對(duì)熱塑性酚醛樹脂合成工藝進(jìn)行了研究，得出在反應(yīng)溫度85 ℃，催化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%，甲醛/苯酚摩爾比1.15:1.00，反應(yīng)時(shí)間4 h時(shí)，熱塑性酚醛樹脂產(chǎn)率最高為110.3%，且廢液中游離酚含量最低為58 g/L。楊麗君等[3]采用兩步法合成熱固性酚醛樹脂：即先常壓下合成熱塑性酚醛樹脂作為母體，在堿性條件下對(duì)其進(jìn)行羥甲基化反應(yīng)，然后用硫酸調(diào)pH值為6左右，抽濾、抽真空后制備相對(duì)分子質(zhì)量在800以上的熱固性酚醛樹脂。

高鄰位酚醛樹脂作為酚醛樹脂的一種，較普通酚醛樹脂具有固化速度快，貯存穩(wěn)定性好，分子結(jié)構(gòu)有序程度高等優(yōu)點(diǎn)。將苯酚與甲醛按一定的摩爾比(苯酚稍微過(guò)量)加入反應(yīng)容器中，攪拌并加入適量具有鄰位引導(dǎo)作用的催化劑，調(diào)整pH值為4～7，加熱沸騰數(shù)小時(shí)后減壓脫水即可得到高鄰位酚醛樹脂。殷勇剛等[4]在常壓條件下合成了高鄰位熱塑性酚醛樹脂，并探究催化劑種類、原料配比等對(duì)樹脂性能的影響，其結(jié)果表明：使用乙酸鋅作為鄰位加成的第一催化劑，有機(jī)草酸作為縮聚加成的第二催化劑，苯酚與甲醛質(zhì)量比為1.0:0.7時(shí)酚醛樹脂鄰對(duì)位(O/P)值較高，凝膠時(shí)間較短且固化反應(yīng)更易進(jìn)行。Li Cheng等[5]合成了高鄰位熱塑性酚醛樹脂和常規(guī)熱塑性酚醛樹脂，并研究了分子結(jié)構(gòu)對(duì)固化動(dòng)力學(xué)和熱穩(wěn)定性的影響，通過(guò)差示掃描量熱(DSC)分析表明高鄰位體系比普通體系有更高的反應(yīng)活性，用等轉(zhuǎn)換率分析表明，高鄰位體系初始階段時(shí)具有較高的活化能，但之后該活化能降低，分析得出其原因?yàn)閮煞N體系的交聯(lián)密度、氫鍵和黏度不同。焦明立等[6-7]以苯酚、甲醛和硼酸為原料，利用乙酸鋅和硫酸雙催化作用合成了硼改性的高鄰位酚醛樹脂，并通過(guò)熔融紡絲，溶液固化和熱固化制得高鄰位硼酚醛纖維，通過(guò)硼酸共聚引入硼—氧(B—O)鍵及熱固化使酚醛纖維的熱性能得到提高，并探究了硼含量對(duì)高鄰位酚醛纖維的性能影響，結(jié)果表明當(dāng)硼質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到10%時(shí)，凝膠溫度達(dá)到最高，而且含硼高鄰位酚醛纖維比無(wú)硼酚醛纖維有更高的固化溫度和熱穩(wěn)定性。

1.2酚醛樹脂的成纖方法

酚醛纖維是指由線型酚醛樹脂或體型酚醛樹脂所制成的交聯(lián)纖維，是最廉價(jià)的阻燃纖維。為了改善酚醛纖維的性能，可對(duì)酚醛纖維進(jìn)行改性后紡絲以賦予酚醛纖維更優(yōu)的性能。利用酚醛樹脂制備酚醛纖維[8-9]的方法主要有以下幾種：

(1)熔融紡絲法

熔融紡絲法[10]主要是以熱塑性酚醛樹脂或高鄰位酚醛樹脂[11-12]為原料，將熔融狀態(tài)的酚醛樹脂經(jīng)紡絲機(jī)的噴絲孔擠出形成絲束，在空氣中冷卻、卷繞，制得酚醛初生纖維的方法。該法制備的初生纖維可在甲醛、鹽酸和水按照一定比例配制成的固化液中加熱進(jìn)行交聯(lián)固化，最終制得體型結(jié)構(gòu)的酚醛纖維[13-14]。

固化過(guò)程中固化劑濃度和升溫速率對(duì)酚醛纖維的交聯(lián)有著很大影響。如果鹽酸濃度太低，酚醛纖維皮層反應(yīng)速率較慢，隨著溫度的升高，皮層的交聯(lián)度不夠，容易產(chǎn)生“熔并”現(xiàn)象[13]。如果固化過(guò)程中升溫速率過(guò)快或固化劑的濃度太高，就會(huì)因皮層固化速率太快，固化度太高，阻礙纖維內(nèi)部的固化過(guò)程，進(jìn)而出現(xiàn)“皮芯”現(xiàn)象[15]。劉春玲等[13，16]經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得出：固化液中甲醛質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18.5%，鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%時(shí)，固化效果最佳；升溫速率在15 ℃/h左右時(shí)所得纖維的碳化收率最高。另外他們還提出了一種利用微波輔助固化酚醛纖維的方法，將酚醛初生纖維置于質(zhì)量分?jǐn)?shù)12%的鹽酸和18.5%的甲醛水溶液的聚四氟乙烯容器中，在微波爐中升溫至103 ℃后恒溫固化一定時(shí)間，即可得到固化交聯(lián)的酚醛纖維，該法可以有效縮短固化時(shí)間，降低能耗。

(2)離心紡絲法

離心紡絲法[17-18]是在一定溫度下利用裝置高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，將聚合物溶液或熔體經(jīng)細(xì)孔連續(xù)甩出(此過(guò)程中因受離心力作用而被拉伸細(xì)化)，由于溶劑揮發(fā)或熔體凝固，在接收裝置上形成纖維的方法。將纖維置于甲醛、鹽酸和少量乙醇混合的固化液中升溫固化，取出后用氨水中和，水洗后干燥得固化的酚醛纖維。這種紡絲方法儀器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，可改裝性強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣。洪磊等[19]利用水平旋轉(zhuǎn)盤式離心紡絲法制備酚醛纖維，通過(guò)熱重分析儀對(duì)不同溫度下制備和固化的酚醛纖維進(jìn)行分析，結(jié)果表明：在加工溫度200 ℃時(shí)，酚醛纖維殘?zhí)柯首罡邽?0%，熱分解溫度升高到300 ℃；在溫度低于250 ℃時(shí)，酚醛纖維具有較好的熱穩(wěn)定性，而且此時(shí)的酚醛纖維經(jīng)固化后殘?zhí)柯侍岣叩?2%，熱分解溫度也小幅提升，熱重?fù)p失幅度也放緩，利用貝瑞克雙折射法對(duì)纖維直徑進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)隨著加工溫度的提高，纖維直徑略有上升。

(3)濕法紡絲法

濕法紡絲法一般用聚乙烯醇作為纖維的成形載體，與可溶性酚醛樹脂共混制得具有良好可紡性的紡絲原液，原液經(jīng)紡絲機(jī)的噴絲孔進(jìn)入凝固浴，拉伸后經(jīng)雙擴(kuò)散過(guò)程制得初生纖維。該初生纖維在一定溫度下加熱固化交聯(lián)，即得到體型結(jié)構(gòu)的酚醛纖維[14,20]。這種成纖方法與熔融紡絲法相比，在紡絲成形后不需要使用鹽酸和甲醛進(jìn)行溶液固化(二者容易生成具有致癌作用的的二氯甲醚)，只需進(jìn)行脫水脫醛就能完成交聯(lián)，減少對(duì)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)者的危害。

除上述幾種紡絲方法外，還可以使用靜電紡絲、熔噴紡絲等方法獲得不同結(jié)構(gòu)、性能的酚醛纖維[21-22]。

1.3碳化

碳化是使酚醛纖維具有一定的有序度和孔隙度，其結(jié)果將直接影響活化過(guò)程，也決定著最終PACF的性能。不同原料的碳纖維原絲具有不同的碳化原理，因酚醛纖維是一種雜亂的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，具有不熔融不燃燒的特性，所以不需要預(yù)氧化處理，可直接進(jìn)行碳化[23]。碳化反應(yīng)是纖維在惰性氣氛(如氮?dú)?中加熱，纖維受熱分解，非碳元素隨氣體逸出，排除纖維中可揮發(fā)的非碳組分后，殘留的碳晶進(jìn)行重排，局部形成類石墨微晶，最終形成穩(wěn)定的酚醛基碳纖維。

酚醛纖維的碳化過(guò)程包括兩個(gè)重要的階段，溫度低于500 ℃時(shí)，因交聯(lián)酚醛纖維是通過(guò)亞甲基鍵(—CH2—)交聯(lián)形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，較為穩(wěn)定，所以在此階段酚醛纖維不發(fā)生明顯變化；繼續(xù)升溫至500 ℃以上，酚醛纖維開始發(fā)生熱解，聚合物網(wǎng)絡(luò)崩潰，六角形碳層開始形成[24]。在整個(gè)碳化過(guò)程中，原材料中有機(jī)成分被破壞，并隨氣體逸出，纖維的含碳量不斷升高，孔結(jié)構(gòu)初步形成。隨著碳化溫度升高，孔體積也會(huì)略微升高，如果繼續(xù)升溫，孔中會(huì)產(chǎn)生分支，但在碳化過(guò)程中形成的孔較小且較少。碳化的影響因素有碳化時(shí)間、碳化溫度和氣體流量等。酚醛纖維的碳化溫度一般在500～1 500 ℃，碳化時(shí)間越長(zhǎng)，酚醛基碳纖維含碳量越高，碳化收率越低；碳化溫度越高，酚醛基碳纖維的含碳量越高，碳化收率越低，所以選擇適當(dāng)?shù)奶蓟瘲l件尤為重要[25]。

1.4活化

活化是制備PACF的最后一道工序，也是控制纖維結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)鍵，其目的是使酚醛基碳纖維的孔徑進(jìn)一步擴(kuò)大，在形成更理想的微孔結(jié)構(gòu)同時(shí)形成新孔，增大產(chǎn)物的孔體積，獲得更大的比表面積?；罨椒ㄖ饕譃榛瘜W(xué)活化法和物理活化法：

(1)化學(xué)活化法

化學(xué)活化主要是通過(guò)化學(xué)試劑鑲嵌入碳纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過(guò)一系列的交聯(lián)或者縮聚反應(yīng)形成豐富的微孔?；瘜W(xué)活化法中碳化和活化反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，一步完成(不需要上述碳化過(guò)程)。磷酸、氯化鋅、碳酸鉀是常用的活化劑，其他具有脫水活性的試劑如硝酸、硫酸、硫化鉀及鐵、鈷、鎳、銅鹽等也可用作活化劑。

化學(xué)活化過(guò)程是使材料置于活化劑或其溶液中一定時(shí)間，濾去溶液，在惰性氣體下加熱使纖維熱解，完成活化后并洗滌，得到PACF的過(guò)程。此過(guò)程中活化劑使纖維中的氫、氧元素被選擇性或完全性地脫除，纖維碳化形成大量孔結(jié)構(gòu)，比表面積增大。但是化學(xué)活化法制得的產(chǎn)品要除去纖維中的化學(xué)試劑，需經(jīng)過(guò)多次水洗然后烘干，增加了制備成本，影響了纖維的外觀和性能，因此該法需要進(jìn)一步改進(jìn)。

(2)物理活化法

物理活化法亦稱氣體活化法，是在高溫下用氧化性氣體對(duì)酚醛基碳纖維進(jìn)行刻蝕制備PACF的方法。該法也是目前制備PACF最常用的方法，主要采用水蒸氣、二氧化碳(用氮?dú)庀♂?、氧氣或其混合氣體等為活化劑進(jìn)行碳的氧化反應(yīng)，使得酚醛基碳纖維的表面受到侵蝕，使細(xì)孔結(jié)構(gòu)更加發(fā)達(dá)。氣體活化法通常在750～1 000 ℃的溫度范圍內(nèi)，將酚醛基碳纖維在活化氣體中處理一定時(shí)間，伴隨著碳的燒蝕，碳與活化劑反應(yīng)，生成的氣體從碳表面逸出，達(dá)到活化目的。

當(dāng)活化劑為水蒸氣時(shí)，反應(yīng)為：

(1)

活化劑為二氧化碳時(shí)，反應(yīng)為：

(2)

活化劑為氧氣時(shí)，活化所需溫度低，活化效率高，所用時(shí)間短，但由于氧氣與碳反應(yīng)速率過(guò)快，使得大部分氧氣僅能與纖維表面碳反應(yīng)，造成內(nèi)外活化程度不均勻，所以一般不單獨(dú)使用氧氣進(jìn)行活化。

F.Salvador等[26]分別就超臨界水(SCW)和水蒸氣對(duì)酚醛基碳纖維的活化效果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：使用水蒸氣活化得到的PACF孔徑尺寸分布較窄，孔徑為0.5～2.0 nm，但是擁有較高的比表面積；相反利用SCW活化得到的PACF孔徑體積較小，但是孔徑尺寸分布較寬，孔徑為0.5～3.0 nm。他們指出在相同溫度下，在刻蝕微孔方面，水蒸氣比二氧化碳的活化效果更加明顯，然而二氧化碳可以讓纖維微孔處更加疏松，形成更大的微孔，獲得更大的比表面積。他們還指出，當(dāng)活化溫度比較高時(shí)，纖維會(huì)變脆易碎，此時(shí)纖維對(duì)二氧化碳的承受能力比水蒸氣好。

影響活化的因素有溫度、酚醛基碳纖維的有序度和孔隙度。溫度較低時(shí)，纖維中的碳與氧化劑反應(yīng)較慢，孔內(nèi)外氧化氣體可以達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)孔內(nèi)外活化速率差異不大，基本可以得到孔洞均勻分布的產(chǎn)物；當(dāng)溫度較高時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速度遠(yuǎn)大于擴(kuò)散速度，活化劑來(lái)不及進(jìn)入孔洞就已經(jīng)發(fā)生反應(yīng)，因而此時(shí)的活化反應(yīng)只能在纖維表面進(jìn)行，造成纖維被大量燒蝕，卻并未形成孔。酚醛基碳纖維的活化效果會(huì)隨其有序度的增加而減小，隨其孔隙度的增加而增加；較大的孔隙度可以增大氣化反應(yīng)的場(chǎng)所，易于活化氣體向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，有利于高比表面積PACF的制備。

利用不同的活化方法制得產(chǎn)物孔形狀不同。通過(guò)物理活化法得到錐形孔，化學(xué)活化法得到瓶狀孔。原因是化學(xué)活化時(shí)溫度較低(500 ℃左右)，反應(yīng)從內(nèi)部進(jìn)行，熱解釋放出來(lái)的氣體在塑性物質(zhì)上形成孔，并通過(guò)較小的通道逸出，形成瓶狀孔；物理活化時(shí)溫度較高(750～1 000 ℃)，從外到內(nèi)氣體濃度遞減，表層反應(yīng)比較快，因而形成錐形孔。孔徑大小可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)控。物理活化中適當(dāng)縮短或增加活化時(shí)間，控制活化劑濃度可控制孔徑大小。另外通過(guò)改變活化工藝，如在原酚醛纖維中添加金屬化合物或其他物質(zhì)等進(jìn)行碳化和活化，可得到以中孔為主的PACF；PACF與烴類氣體反應(yīng)，烴類熱解可在細(xì)孔壁上沉積炭，使孔徑變小，得到小孔徑的PACF。

2 PACF的結(jié)構(gòu)與性能

2.1PACF的結(jié)構(gòu)

PACF是紊亂的石墨微晶結(jié)構(gòu)，表面有無(wú)數(shù)細(xì)孔，具有比表面積大、孔徑小且可調(diào)控的特點(diǎn)，在活化過(guò)程中，PACF表面會(huì)產(chǎn)生含氧官能團(tuán)，對(duì)纖維的吸附性能等具有較大影響。PACF的孔徑結(jié)構(gòu)參數(shù)見表1[27]。

表1 PACF孔徑結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab.1 PACF pore structure parameters

注：活化溫度900 ℃。

從表1可以看出，900 ℃活化時(shí)，時(shí)間長(zhǎng)短將直接影響孔徑尺寸大小，活化15 min后的總孔容、比表面積和平均孔徑都明顯大于活化5 min的PACF，其中總孔容為活化5 min PACF的3倍，比表面積增加了近1倍。所以活化時(shí)間對(duì)PACF的孔徑和比表面積等都有較大的影響。

2.2PACF的性能

顧小春等[27]通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出在比表面積相當(dāng)?shù)那闆r下，PACF對(duì)酚的吸附是顆粒狀活性炭(GAC)的3倍，在氣相中吸附性能也優(yōu)于GAC，對(duì)甲苯的動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中PACF比GAC快16倍，脫附速度也相對(duì)快幾十倍。幾種ACF性能比較見表2[28]。

表2 幾種ACF性能比較Tab.2 Performance comparison of several kinds of ACF

從表2可以看出，PACF不僅含碳量較高，拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率大，而且對(duì)苯和碘的吸附能力也優(yōu)于同類活性炭纖維。ACF最主要的性能還是吸附性能，PACF以高度交聯(lián)的酚醛樹脂為起始原料，與顆粒狀活性炭相比結(jié)構(gòu)更加均勻，碳化時(shí)該纖維形成均勻的玻璃態(tài)碳結(jié)構(gòu)，經(jīng)過(guò)活化擴(kuò)孔過(guò)程，其比表面積可達(dá)3 000 m2/g的超比表面積值，且PACF孔徑分布均勻，主要分布在1.2～2.0 nm，因此無(wú)論在液相或氣相中皆有較好的吸附能力。

3 PACF的應(yīng)用

3.1吸附領(lǐng)域

PACF在吸附領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛，PACF對(duì)苯和碘等都具有較好的吸附能力，且具有超高的比表面積，因此可以用于污水的處理，有機(jī)溶劑的回收，天然氣容器制備及二氧化碳吸附[29-30]等。另外PACF在空氣中經(jīng)氧化處理，表面含氧官能團(tuán)大量增加，表現(xiàn)出較好的親水性，吸濕效果明顯提高，已用于脫濕材料。PACF還可吸附/過(guò)濾血液在存放和輸血過(guò)程中加入或產(chǎn)生的血清素、添加劑等成分，而不破壞原有的血液細(xì)胞；可制成人工腎和肝臟等器官，用以除去人體的代謝產(chǎn)物和毒素等。

3.2超級(jí)電容器

PACF具有極佳的導(dǎo)電性和超高比表面積，是用于制備超級(jí)電容器和燃料電池的高效電極材料。A.Yoshida等[31]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)表面酸性官能團(tuán)會(huì)導(dǎo)致電容器漏電流，此類酸性官能團(tuán)主要有羧類、酯類官能團(tuán)等，若將ACF經(jīng)1 000 ℃的氮?dú)庵刑幚?，可減少此類酸性官能團(tuán)，同瀝青基、PAN基等ACF相比，PACF中該類官能團(tuán)最少，且電容量最高，漏電流量最小，綜合性能明顯優(yōu)于其他電極制備的電容器。

3.3高效集熱材料

PACF作為多孔的黑色纖維，具有超高比表面積(約3 000 m2/g)，易捕集太陽(yáng)光，同時(shí)熱傳導(dǎo)率大，可把捕集和蓄存的太陽(yáng)光能高效傳遞給介質(zhì)水，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的，另一優(yōu)點(diǎn)是PACF比金屬密度小很多，應(yīng)用于高效集熱領(lǐng)域可大大減輕裝置質(zhì)量，易于架設(shè)安裝。

3.4抗菌功能纖維

A.Oya等[32-33]將含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的硝酸銀的熱塑性酚醛樹脂紡絲成纖后固化，接著進(jìn)行碳化和活化處理，制備出具有較高比表面積(1 300 m2/g)含有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8.3%的銀的PACF，這種PACF對(duì)大腸桿菌和葡萄球菌表現(xiàn)出明顯的抗菌能力，而且該P(yáng)ACF在沖洗20 d后依舊具有較好的抗菌能力。

4 展望

PACF及其制品具有超大比表面積，可調(diào)控的孔徑尺寸，高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用于水/氣凈化、重金屬回收、超級(jí)電容器、人工臟器、防化防毒等領(lǐng)域，隨著研究的不斷深入，其應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大。為適應(yīng)市場(chǎng)需求，應(yīng)在現(xiàn)有制備PACF技術(shù)的基礎(chǔ)上探索新方法，如引進(jìn)新基團(tuán)，令其可針對(duì)性吸附，賦予PACF更多特殊性能；進(jìn)一步優(yōu)化工藝，加強(qiáng)對(duì)碳化和活化溫度、時(shí)間及通入活化氣體的種類與體積比的優(yōu)化研究，降低生產(chǎn)成本；優(yōu)化原料樹脂的結(jié)構(gòu)，或增加酚醛樹脂的范圍，應(yīng)用高相對(duì)分子質(zhì)量、高鄰位或熱固性酚醛樹脂制備PACF，避開溶液固化過(guò)程、降低污染，將是PACF在未來(lái)一段時(shí)期內(nèi)的研究方向。

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Researchprogressofphenolicresin-basedactivatedcarbonfibers

Ren Dongxue1, Jiao Mingli1, Zheng Jin2, Diao Quan1, Zhang Caiyun1, Pei Haiyan1, Cao Jian1

(1.SchoolofMaterialsandChemicalEngineering,ZhongyuanUniversityofTechnology,Zhengzhou450000; 2.SchoolofTextiles,ZhongyuanUniversityofTechnology,Zhengzhou450000)

The research progress of phenolic resin-based activated carbon fiber (PACF) was reviewed from the technological process comprising the synthesis and spinning of phenolic resin into phenolic fiber and the carbonization and activation of phenolic resin. The fiber formation techniques for phenolic resin were emphatically introduced, including melt spinning, centrifugal spinning, wet spinning, as were the chemical and physical activation of phenolic fiber. The structural performance of PACF was described, as was the application in the fields of adsorption, super capacitors, high-efficiency heat-collection material, antibacterial fiber, etc. The development prospects of PACF were outlooked. It was pointed out that the research trend of PACF should be focused on the reduction of production cost, avoidance of solution curing process, pollution reduction and application expansion.

phenolic fiber; activated carbon fiber; carbonization; activation; process; application; development

2017- 05-24；修改稿收到日期2017- 08-10。

任東雪(1993—)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)楦哙徫环尤├w維研究。E-mail：1445250408@qq.com。

國(guó)家自然科學(xué)基金-河南人才培養(yǎng)聯(lián)合基金項(xiàng)目(U1404507)；河南省重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目(152102210151)。

* 通訊聯(lián)系人。E-mail：johnml@163.com。

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1001- 0041(2017)05- 0062- 06