测试过程不同因素对活性炭纤维碘吸附值的影响

【摘 要】根据目前广泛采用的木质活性炭碘吸附值GB/T12496.8-1999标准的要求，结合活性炭纤维的实际情况，对活性炭纤维碘吸附值的测试方法进行了梳理，探讨了吸附温度、炭纤维湿度、粉碎程度、振荡频率及时间等因素对活性炭纤维碘吸附值的影响。结果表面，活性炭纤维的碘吸附值与炭纤维的湿度及吸附温度密切相关，粉碎程度对其影响不是很大，而振荡频率和时间需在一定数值范围内。

【关键词】活性炭纤维；碘吸附值；影响因素.

活性炭纤维（Activated Carbon Fiber， ACF）以其特有的微孔结构，更高的外表面积和比表面积以及丰富的官能团，更小的平均细孔直径[1]，作为一种高效的吸附剂，自上个世纪70年代问世以来，受到各类吸附材料研究者的热捧，并在环境净化及医疗卫生等领域得到了广泛地应用[2-5]。与普通木质活性炭类似，评价活性炭吸附性能最直接、最常用的指标就是测定它的碘吸附值。然而，由于目前对于碘吸附值检测存在几种不同的版本标准，导致测试的结果不尽相同；即便是同一样品采用相同标准进行测试，在不同的测试条件下，其结果也会出现较大差异。而且现有用于测试碘吸附值的标准主要是针对木质活性炭，比如目前被人们广泛采用的国标是木质活性炭碘吸附值的测定（GB/T12496.8-1999）。本文根据木质活性炭的测试标准，结合活性炭纤维的实际情况，对活性炭纤维碘吸附值的测试方法进行梳理，探讨几个影响因素对活性炭纤维碘吸附值的影响。

1. 实验部分

1.1 仪器设备

JJ300型电子天平（感量0.1mg），常熟双杰测试仪器厂；DHP-9602型电热恒温干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；SPH-2102C型新颖立式恒温振荡器，上海世平实验设备有限公司。

1.2 试剂材料

除特别说明外，测定中使用光学纯水及分析纯试剂。活性炭纤维选自上海力硕厂家的样品。

1.3 测试方法

准确称取0.5g（准确至0.4mg）剪碎后的ACF样品，放入干燥的100mL碘量瓶，准确加入（1+9）盐酸10.0mL，使试样湿润，放在电炉上加热至沸，微沸（30±2）s，冷却至室温后，加入50.0mL的0.1mol/L碘标准溶液。立即塞好瓶盖，于频率为240～275次/min的振荡机上振荡15min，迅速过滤到干燥烧杯中。

用移液管吸取10.0mL滤液，放入250mL碘量瓶中，加入100mL水，用0.1mol/L硫代硫酸钠标准溶液进行滴定，在溶液呈淡黄色时，加2mL淀粉指示液，继续滴定使溶液变成无色，记录下使用的硫代硫酸钠体积。为了减小操作误差，平行三次滴定取平均值。碘值A计算方法为：

2. 结果与讨论

2.1 吸附温度

将干燥完全的活性炭纤维样品于20℃、30℃、40℃、50℃下的碘液中，并调整振荡器内到相应的温度，测试炭纤维在不同温度下的碘吸附值，其结果如下表所示。

从上表可以年出，吸附湿度对炭纤维碘吸附值有较大影响，碘吸附值随着温度的升高而增大。这是因为，碘值属于液相吸附，液相吸附的理论依据是Freundlish方程，它是一个经验关系式，其形式为[6]：

式中：V――平衡吸附量；

k――平衡常数，与温度、吸附剂种类有关；

C――平衡浓度；

n――常数，与温度有关。

其中，平衡常数k值随着温度的升高而增大，从微观上说就是温度越高，分子热运动越激烈，从而导致平衡吸附量越大，最终结果是碘吸附值增大。所以我们在测碘吸附值时需要标明测试时的温度，否则不具有有可比性。但由于温度越高，碘越容易挥发会导致测试值减小[7]，因此一般地我们选择在室温下测试炭纤维对碘的吸附值。

2.2 炭纤维湿度

活性炭纤维于不同湿度下保存6h，然后测试其碘吸附值，结果如下表所示。

从上表中可以看出，活性炭纤维的碘吸附值对湿度有着高度的敏感性。湿度越高，碘吸附值越低，这显然受炭纤维中含水量的影响很大。我们知道，碘分子大小为0.6nm左右，再考虑到其他一些因素，碘吸附值表征的是炭纤维大于1.0nm的孔径的发达程度，若炭纤维在潮湿的环境下，一部分孔径被水分子填充，于是对碘吸附值产生较大影响，导致测试的结果偏低。

2.3 炭纤维的碎度

根据GB/T12496.8-1999对木质炭测试碘吸附值的要求，需将木质炭研磨粉碎后过71μm的筛孔。然而，对于活性炭纤维的粉碎却不是很方便。下表反应的是炭纤维剪成不同大小的块状及经球磨机充分粉碎后，碘吸附值的变化情况。

从上表中可以看出，尽管炭纤维的碎块越细，其碘吸附值越大，但是增大的幅度非常有限，即炭纤维碘吸附测量值的明显差异与炭纤维的剪碎程度关系不大。因此，测试活性炭纤维的碘吸附值不必如木质炭粉碎到足够细微。

2.4 振荡过程

测试过程中，振荡是为了使活性炭纤维与碘液充分接触，缩短其吸附达平衡所需的时间，防止由于吸附时间过长造成碘的挥发从而对测试结果产生较大影响。考察振荡过程对活性炭纤维碘吸附值的影响，主要为振荡振荡和时间频率。图1为室温下在保持相同的振荡时间（15min），振荡频率对炭纤维碘吸附值的影响；图2为室温下在保持相同的振荡频率时，不同振荡时间对炭纤维碘吸附值的影响。

从图1中可知，碘吸附值的变化趋势大体是随着振荡频率的增加而变大，只是当振荡频率达240次/min时，碘吸附值的变化趋于平缓。这是因为在15min时间内只要振荡频率达240次/min，炭纤维对碘的吸附就会趋于平衡，故国标上规定振荡频率为240～275次/min，一般地，选择255次/min即可。

从图2中可知，在振荡时间小于15min时，碘吸附值随着振荡时间的变长而增大；然而当振荡时间大于15min时，碘吸附值略有下降。这是因为若振荡时间小于15min，炭纤维对碘的吸附还未达到平衡；而大于15min时，吸附已达到平衡，但由于碘是一种易挥发的液体，因而碘吸附值会出现略有下降的情况。因此，一般地选择振荡时间为15min，这与国标上的数值一致。

3. 结论

活性炭纤维与木质活性有在结构和性能上有很大的不同，目前行业领域没有对活性炭纤维的碘吸附值统一作规定，大多是借鉴GB/T12496.8-1999木质活性炭碘吸附值的测试标准，本文根据活性炭纤维的实际情况可得如下结论：

3.1吸附温度、活性炭纤维的湿度（含水量）对其最终碘吸附值的结果将产生较大影响，测试过程中需要标明测试温度，并将炭纤维完全烘干；

3.2活性炭纤维的测试过程中，因炭纤维粉碎不便，而目前已经过实验认证粉碎与剪成小碎片对其碘吸附值影响不大；

3.3振荡过程对炭纤维碘吸附值有一定的影响，振荡时间不宜过短或过长，否则不能达到吸附平衡或会导致碘的挥发，对测试结果有较大影响，一般选择振荡频率255次/min，时间15min即可。

参考文献：

[1] 李开喜， 吕春祥， 凌立成. 活性炭纤维的脱硫性能[J]. 燃料化学学报， 2002， 30（1）： 89-96.

[2] 陈水挟， 刘进荣. 载银磷酸活化剑麻基活性炭纤维的抗菌性能研究[J]. 离子交换与吸附， 2002， 18（4）： 289-295.

[3] 胡晓敏， 刘化章. 活性炭纤维及其在催化中的应用[J]. 工业催化， 2005， 13（1）： 1-4.

[4] Yao H， Naruse I. Behavior of lead compounds during municipal solid waste incineration[J]. Proceedings of the Combustion Institute， 2009， 32（2）： 2685-2691.

[5] 王列， 姚玉元， 孙利杰， 等. 活性炭纤维耦合柠檬酸铁在中性 pH 条件下活化双氧水降解染料[J]. 化学学报， 2013， 71（12）： 1633-1638.

[6] 李书荣， 王岭， 张文辉， 等. 活性炭碘吸附值测试方法的比较和建议[J]. 洁净煤技术， 2005， 11（2）： 47-49.

[7] 朱萍. 影响活性炭碘吸附值的因素[J]. 同煤科技， 2004 （1）： 39-40.