凈水“芯”主張：活性炭纖維ACF
2014-01-24 10:22:25
活性炭纖維簡介
活性炭纖維（ActivatedCarbonFiber，簡稱ACF），是20世紀70年代初發展起來的一種新型吸附功能材料，它以木質素、纖維素、酚醛纖維、聚丙烯纖維、瀝青纖維等為原料，經炭化和活化制得。與粒狀粉狀活性炭相比較，ACF具有特有的微孔結構!更高的外表面積和比表面積以及多種官能團!平均細孔直徑也更小!通過物理吸附、化學吸附以及物理化學吸附等方式在廢水、廢氣處理、溶劑回收、水凈化等領域得到了廣泛應用。
ACF（炭纖維）優異的凈水功能來源于其微孔直接開口于纖維表面，當水流經ACF濾芯時水中污染物會被微孔均勻、快速地吸附；直徑纖細的纖維狀的形態，使ACF凈水器對水濾阻降至極小，在保證壓力損失最小的情況下，讓水與材料充分接觸得以最大利用；實驗表明，ACF對水中污染物的去除能力是粒狀活性炭的10～100倍，同時增加了ACF濾芯的使用壽命，減少更換成本。
活性炭纖維主要性能
活性炭纖維是一種表面納米粒子，具有不規則的結構與納米空間混合的體系。其纖維直徑細，與被吸附物的接觸面積大，且可以均勻接觸與吸附，使吸附材料得以充分利用。效率高，且具有纖維、氈、布和紙等各種纖細的表態，孔隙直接開口在纖維表面，其吸附質到達吸附位的擴散路徑短，且本身的外表面積較內表面積高出兩個數量級。
吸附功能對比表：
粉末活性炭（Pac）<活性炭棒（CTO）<顆粒活性炭（GAC）<炭纖維（ACF）
攔截功能對比表：
粉末活性炭（Pac）<顆粒活性炭（GAC）<活性炭棒（CTO）<PP<炭纖維（ACF）
杰酷碧炭纖維（PS-ACF）的余氯去除性能：
豎向：去除性能
橫向：SV值
SV：空塔速度，即填充物粒的負荷指數、單位填充容積的過水量。
SV（1/h）=過水量（mL/h）÷體積（cm3）
說明：杰酷碧炭纖維的余氯去除性能高、SV的依賴性小、所以相比同體積的活性炭濾芯保持較高性能
杰酷碧炭纖維（PS-ACF）與顆粒活性炭（GAC）的差異
| 杰酷碧炭纖維 | 顆粒活性炭 | 比較差異 | |
| 纖維直徑/顆粒大小 | 10～20μm | 1～3mm | 精細100倍 |
| 比表面積m2/g | 700～2500 | 900～1200 | 大2～3倍 |
| 外表面積m2/g | 0.2～2.0 | ～0.001 | 大200～2000倍 |
| 微孔直徑nm | 4以下 | — | 非常均勻 |
杰酷碧炭纖維 顆粒活性炭 比較差異
纖維直徑/顆粒大小 10～20μm 1～3mm 精細100倍
比表面積m2/g 700～2500 900～1200 大2～3倍
外表面積m2/g 0.2～2.0 ～0.001 大200～2000倍
微孔直徑nm 4以下 — 非常均勻
杰酷碧炭纖維（PS-ACF）與顆粒活性炭（GAC）的微孔結構差異
| 微孔 | 杰酷碧炭纖維（PS-ACF） | 顆粒活性炭（GAC） |
| 均勻度 | 很均勻 | 非常不均勻 |
| 排列度 | 密集 | 非常分散 |
從上圖可以看出，在有效的吸附材料的一樣的基礎上：
杰酷碧炭纖維：微孔均勻而密集
顆粒活性炭：微孔不均勻而分散
微孔 杰酷碧炭纖維（PS-ACF） 顆粒活性炭（GAC）
均勻度 很均勻 非常不均勻
排列度 密集 非常分散
結論：具有吸附功能的微孔大量存在于纖維表面、使纖維的吸附速度非常快、吸附能力大幅提高。
活性炭纖維結構
微孔形結構
微孔半徑在2nm以下，其孔徑分布窄，特殊的細孔呈單分散分布，由不同尺寸的微細孔隙組成其結構，并且中孔、小孔擴散呈現出多分散型分布，在各細孔結構中的差別較大，其主要原因在于原料的不同。在活性炭纖維中無大孔，只有少量的過渡孔，微孔分布在纖維表面，其吸附速率快，活性炭纖維絲束的空間起大孔作用，對氣相與液相物質具有較好的吸附作用，其外比表面積大，吸脫速度快，為粒徑活性炭10~100倍。隨著比表面積增大，細孔的平均孔徑隨之增大，細孔容積增加，在細孔內發生吸附后充填細孔內。其比表面積增大吸附容量大，為粒狀活性炭的10倍，可吸附處理低濃度廢氣或具有高活性的物質。活性炭纖維的體積密度小，濾阻小、可吸附粘度較大的液態物質，且動力損耗小。
表面化學結構
活性炭纖維固體表面原子呈不飽和結構，具有獨特的表面化學性能，微晶在燃燒溫度低時易與氧化介質發生反應生成氧化產物，主要有羧基、酚基、醌基等含氧基團，及含硫基、氮元素、鹵素等官能團。其表面酸性與吸附平衡有密切的關系。按照國際純粹與應用化學聯合會(1UPAC)的分類標準，吸附劑的細孔分為三類:孔徑大于50nm的為大孔，2nm~50nm的為中孔，0.8nm~2nm的為微孔以及小于0.8nm的為亞微孔。活性炭纖維的孔主要是亂層結構炭和石墨微晶形成的微孔。微孔的大量存在使活性炭纖維的表面積增大，同時也使其吸附量提高。吸附劑中的大孔是作為被吸附分子到達吸附位的通道，它控制著吸附速度;活性炭纖維其纖維直徑一般在10nm~13nm、外表面積大、微孔豐富且分布窄、易于與吸附質接觸、擴散阻力小，所以其吸脫附速度快，有利于吸附分離。而且，可以根據需要制成氈、布、紙等各種形態，適應于多種用途。活性炭纖維是由CF活化而成。CF為多晶亂層石墨結構，轉化成活性炭纖維后，結構基元不變化。活性炭纖維是非均勻性的多相結構。由于高溫水蒸氣將部分原子脫去后形成微孔結構使之生成羧基、羰基等含氧活性基團，使其表面的酸性增加。比表面積約為1200m2/g，遠大于CF，在苛刻條件下活化時可達3000m2/g。活性炭纖維為分布狹窄單一孔徑的微孔結構，其孔可以產生毛細管的凝聚作用。由于具有微孔，其吸附、脫附速率遠大于兩個數量級，吸附量大。在填充床中流體的床層阻力小，可作為催化劑與催化劑載體使用在活性炭纖維分子內的痕量雜原子為磷、氮、氯等。在活化時，部分雜原子被脫去后，表面的雜質大大減少。由于活化中氧化氣體的作用，表面含氧基團增強，主要有酸性基團，如羧基等。中性基完備如羰基、內酯基等。堿性基團有過氧化基等。活性炭纖維會因活化的方法不同，而生成不同表面含氧基與表面酸堿性不同的產物。在水的作用下，其氧化還原能力更強。由于水的存在可以使一些基團氧化成羥基。由此在表面含氧基團數目增加后，表面氧化還原容量增大。
活性炭纖維實際應用
近年來，隨著人類環保意識的不斷加強，對于生存的環境，特別是對空氣、水等凈化密切相關的活性炭等環保材料的性能要求越來越高，粒狀或粉狀活性炭已能很好滿足使用要求。傳統的活性炭是一種粒狀或粉狀的炭材，自20世紀初實現工業化生產以來，在分離及凈化水及其它液體的除臭、凈化等方面得到廣泛應用。粒狀或粉狀的結構，它的吸附速度較慢，分離效率不高，特別是它的物理形態在應用時有許多不便，限制了應用范圍。活性炭纖維孔徑小且分布窄，吸附速度快，吸附量大，容易再生。與粉狀(5nm~30nm)活性炭相比，活性炭纖維在使用過程中產生的微粉塵少，可制成紗、線、織物、氈等多種形態的制品，使用時更加靈活方便。活性炭纖維被認為是21世紀最優秀的環保材料之一，在氣體和液體凈化、有害氣體及液體吸附處理、溶劑回收、功能電極材料等方面已得到成功應用。
飲用水的凈化：隨著工業的發展與都市人口的密集，水的污染越來越嚴重，都市區內的生活廢水處理量已越來越大。在廢水中特別是工業廢水中的有機污染物有大量增加的趨勢，并且化工、冶金、煉焦、輕工等產業中的廢水為最主要的污染源，其含有的有毒物和有害物已在對生態環境構成威脅。隨著城市化的加速，有機物的污染，都市生活污水量的不斷增加，使工業廢水中排放的有機物不僅數量增加而且有毒的物質，對環境造成極大危害，因此確保優質飲用水的供應是一件至關重要的事情。用活性炭纖維處理地下水可以獲得很好的效果。自來水中的殘氯也可用活性炭纖維吸附。地下水中的三氯乙烯(TCE)不僅使飲用水變味，而且在人體某一器官內積累后將誘發致癌，因此TCE的污染是一個非常嚴重的問題。活性炭纖維對水中TCE的吸附量為粒狀活性炭的4倍。對大腸桿菌的吸附，所吸附的細菌數量隨比表面積的增大而增大。細菌吸附量還與活性炭纖維表面銀顆粒的大小有關。對水中的生物吸附，活性炭纖維也非常有效。近年來，城市人口的增加已使飲用水的供應不足，國內用活性炭處理三鹵甲烷廢水，其有效去除率僅為40%。對地下水的檢測表明，在水中已含有多種氯化物，這些氯化物具有致癌作用，自來水中的含氯物質可用活性炭纖維加以去除。用活性炭纖維去除水中的三氯乙烯時，活性炭纖維的吸附量為粒狀活性炭的4倍，在實際處理中可比活性炭大1個數量級。
目前活性炭纖維已廣泛用于凈水器，特別是載銀活性炭纖維具有吸附和滅菌的雙重功能。用載銀活性炭纖維對大腸桿菌進行吸附，在銀含量增加，比表面增大時，其吸附量增大，對水中其它微生物的吸附同樣有效。其中知名度較大的有派斯涅普頓系列凈水器；
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