树皮活性碳纤维的制备综述

摘要：碳纤维是一种纤维状碳素材料，它以其高的比强度和比模量、耐热、耐腐蚀、导电等特点，成为复合材料中优良的增强体【1】现在作为碳纤维原料的不仅有木材及木材加工剩余物，还有竹材、秸秆等，被人们忽视的树皮有着特殊的性质，也能作为碳纤维的原料。

关键词：活性碳纤维、碳化、活化

活性碳纤维主要是制成碳纤维增强塑料这种复合材料来应用碳纤维是一种纤维状碳材料。碳纤维化学组成中含碳量在90%以上，它不仅具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性。碳纤维具有优越的物理力学性能广泛应用于航空器材、运动及休闲器材、医疗卫生等领域。【2】然而，碳纤维的主要原料是石化制品，且成本较高，研究新型碳纤维的制备方法是大势所趋。由于在生产木制品的过程中剩余大量的树皮，所以能高效利用这些废弃物能很好的节约资源。

树皮含有大量的化学物质, 树皮液化方法可以效仿木材液化的方法。树皮的化学成分和化学性质，与木材的化学成分和化学性质基本上是相似的，但也有一些明显的差异。树皮的化学成分一般更为复杂，而且不同树种之间的变化范围较大。树皮中的灰分和抽提物的含量都比木材高，其中矿物质的含量甚至比木材高达十倍。树皮中的纤维素含量比木材低。所以用树皮经液化制得的木质炭纤维强度不够，但是吸附性、功能性良好，所以可以作为活性碳纤维。

树皮制备活性碳纤维的构想：

树皮由于其相似性与复杂性，液化树皮时能制得功能性更强的碳纤维，因为其富含大量抽提物，碳纤维的性能也与用木材制得的碳纤维不尽相同。

目前采用的主要液化方法依然是在液化剂作用下, 在酸性、碱性或金属盐类催化剂存在时, 将未经任何化学处理的木材进行常压液化。相对而言, 在酸性条件特别是硫酸催化下, 用苯酚液化剂进行木材液化研究的更多[4] 。也有学者在苯酚液化木材时, 采用多种有机磺酸盐作催化剂; 还有人将超临界技术引入到木材的苯酚液化中, 实现了木材的快速液化。对采用多元醇作液化剂的木材液化,特别是采用碳酸乙烯酯和碳酸丙烯酯进行木材快速液化的研究也获得了理想的效果。【5】

制造活性碳纤维的一般工艺是：树皮液化获得液化物，合成纺丝液，纺丝液通过项目依托实验室自制的纺丝机纺为原丝，再将将原料纤维在150~400℃ 氮气氛中碳化, 然后在700~1000℃下以CO2及H2O气中活化, 有时为了制取具有预想结构和性能的活性碳纤维,也使用含氮的磷氧化物如磷酸按等作为催化剂。通常, 不同原料纤维的碳化和活化条件不同, 而且该条件及原料纤维种类均构成对活性碳纤维性能的影响。

活性碳纤维应用领域日益扩大, 但其成本仍居高不下，使很多使用方法都只停留与实验室阶段，不能工业化生产。尽管活性碳纤维存在许多优点, 如比表面积大, 吸附速率快、效率高、吸附容量大、热稳定性和化学稳定性好等, 但其在某些领域中的应用仍受到价格的限制。所以选择廉价的原料和简便的制取方法是当务之急。

我国是农业大国，有丰富的农业资源，木材副产品来源广泛，但用处不大，通过液化方式将固体木材大分子降解成具有反应活性的液态小分子，转化成新的高分子材料，尤其是具有生物降解性能的高分子材料，是近年来木材综合利用技术新开辟的研究领域之一。同时树皮约占森林采伐剩余物生物质总量的10%，资源总量非常可观。【6】利用树皮制活性炭纤维，不仅能废物利用，还能减少木材的浪费，减少不必要的资源浪费。

参考文献

[1]张建辉.竹材液化物碳纤维的制备、结构与性能表征. 学位论文.2010年9月.

[2] 邓彦波, 韩飞. 碳纤维的制备研究和市场前景，甘肃化工，2001年2月

[3] 马晓军. 木材苯酚液化物碳素纤维化材料的制备及结构性能表征. 学位论文 .2007年6月

[4] Ot tavio E D. U S, Pat ent 3532518( 1970) [ P]

[5] 张求慧，赵广杰. 木材液化技术研究现状及产业化发展. 木材工业，2005，5

[6]王春明，崔立东，张晶. 木材液化的发展现状及研究前景. 林业科技第32卷第三期. 2007年5月