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关键词:竹炭;竹炭纤维;吸附
文章编号:1005-6629(2010)10-0046-03 中图分类号:TA651 文献标识码:E
竹炭是近几年刚刚兴起并迅速掀起开发热潮的产品,充分利用竹炭特性开发功能性竹炭纤维纺织用品对于提高我国纺织品在世界的竞争力具有深远的社会意义。同时,竹炭是竹材资源利用的一个新突破,竹炭纤维具有“黑钻石”的美誉,被称为“21世纪的环保新卫士”。从日常所接触的知识,我们非常清楚,竹炭纤维制品已被广泛应用于医疗防护服饰、婴幼儿及孕妇防护服、袜子、毛巾、高档内外衣面料、床上用品、窗帘、地毯、宾馆及家庭装饰织物、车及船的内饰织物、空调过滤器、美容面膜等。
1竹炭的发现与发展
竹炭的生产起始于20世纪90年代中期,它是竹材及其加工剩余物经高温热解的产物,在国外进行竹炭研究的主要是日本、韩国、印度尼西亚等国家。竹炭改性涤纶最早是日本研制开发出来的。2005年,日本自然科学杂志报道称,日本生产出500吨的竹炭纤维,它的加工方法是第一步竹炭加工,然后简单地将竹纤维拉长并与化纤、棉线等交织在一起[1]。
我国自1995年开始烧制竹炭,1997年初浙江省文照竹炭有限公司率先开发出了适合国际市场需求的作为纺织产品填充物的系列竹炭产品,而河南省新乡白鹭化纤集团是国内最早见报道生产竹炭纤维的企业,2003年该企业成功开发出了竹炭粘胶纤维[2]。同年,华东理工大学联合上海华力索菲科技有限公司研发出一种将纯天然的超细竹炭添加剂涂在涤纶、粘胶等纤维表面上的新技术,这种天然植物添加剂移植到化纤中是一个新亮点,也是纳米技术与纺织结合的产物。将竹炭用于纺织是一项新技术,竹炭及其纤维产品的生产迅速遍及我国多个省和地区。
2004年以来,中国台湾地区也陆续报道有新型竹炭纤维问世。2005年,北京百泉化纤厂开发的竹炭磁性纤维,可以使人们在人造空气负离子的小环境中,进行“无痛磁性理疗”,达到全天候保健的目的,是竹炭纤维工业的特大突破。而2006年,浙江上虞弘强彩色涤纶有限公司成功开发出多功能环保型竹炭改性涤纶[3],竹炭纤维工业正在迅猛发展之中。
2竹炭的组成与结构
2.1竹炭的化学组成
竹炭来自于天然的竹子。工业上主要选择南方生长5年以上的毛竹为原料,经高温干燥碳化工艺处理后得到竹炭。竹炭纤维的分子结构呈六角形,质地坚硬,细密多孔,竹炭的比表面为700 m2/g,相当于一个篮球场的面积,是普通木炭的2―3倍。同时,竹炭还含有丰富的矿物质,是普通木炭的5倍。
竹材炭化后得到的竹炭, 化学成分主要是纤维素、 半纤维素和木质素, 分子式可表示为(C6H10O5)n,三者同属高聚糖,总量占纤维干质量的90%以上,其次是蛋白质、脂肪、果胶、单宁、色素和灰份等,大多数存在于细胞内腔内,直接或间接地参与其生理作用。竹材燃烧后的无机成分都留在灰份中,含量相对较多的有K+、Mg2+、Na+、Ca2+等无机离子,其含碳量为52.06~85.42 %,含H、O的比例随燃烧的温度不同而各有差异。纤维素是竹炭纤维中最主要的成分,由于生长地域不同,纤维素的含量也不同,一般为40~53 %不等,明显低于棉和麻纤维。半纤维素是由多种糖单元组成的复合聚糖的总称,它是无定形物质,半纤维素的聚合度低,吸湿易润涨,是纤维之间和微细纤维之间的“粘合剂”和“填充剂”。
木质素是由苯基丙烷结构单元通过醚键和碳―碳键联结而成的芳香族高分子化合物,存在于胞间层和微细纤维之间。纤维素大分子的基本链节是β―葡萄糖剩基,相邻的葡萄糖剩基转过180°,彼此以1,4甙键相结合形成大分子。每个葡萄糖剩基上有三个羟基, 由于羟基的存在,决定了纤维素纤维比较耐碱而不耐酸, 而且具有一定的吸湿能力[4]。
2.2竹炭的内部结构
竹炭的内部结构比较复杂,肉眼无法观察到,若通过用显微镜观察(见图3和图4所示),无论是横向还是纵向截面,都体现出每一根竹炭纤维呈现出内外贯穿的蜂窝状微孔结构,这为竹炭纤维的超强吸附能力提供了良好的基础。在工业上,竹炭只是一个炭化后的竹子,通常需要提炼,才能得到可以拓展运用的材料――竹炭纤维。
3 竹炭纤维的性能
3.1竹炭纤维的优良性能
竹炭表面及内部特殊的超细微孔结构使其具有很强的吸附能力,竹炭吸附能力是木炭的5倍以上,除对人体异味、油烟味和粉尘具有吸收、分解异味和消臭的作用外,还有很多优良的性能[5]。
(1) 超强的抗霉防霉性能;
(2) 能发射一定波长的远红外线,具有蓄热保暖的功能;
(3)自动吸湿和放水,迅速调整合适的湿度;
(4)防静电和电磁辐射性能;
(5)吸附染色剂稳定,不易褪色。
竹炭纤维还能使服装外观华贵、手感柔软丰满、光泽柔和耐磨性能优良,是贴身纺织品的首选面料。
3.2竹炭纤维具有处理污水性能
竹炭纤维独特的结构可以用来处理生活污水和工业污水。大量研究表明,竹炭不仅对污水中的Cu、Hg、Mn、Ba等大多数有毒重金属离子具有良好的吸附固定作用,还可以使用竹炭纤维做沉淀剂的载体,吸收污水中大量的含砷、磷、氮盐类物质,同时竹炭纤维对水中有机物也具有一定的吸附作用。通过大量实验[6]表明:
(1)向富营养化湖水投加富含竹炭纤维的优势菌,能使水体浊度值明显降低,极短的时间内便可使水体变清,从而达到恢复水体美观功能的作用。
(2)在水体净化实验中,添加优势菌浓度达100 mg・L-1时,竹炭纤维对Mn2+、NH3-N的吸附非常明显,其水体浊度在第15天后降低到原来的50%。
(3)投加竹炭纤维能够使水中的溶解氧(DO)浓度明显提高,而DO的提高有利于水生生物的生长,促使生态系统恢复到正常的状态。
2009 年浙江省的张永祥发明了一种竹炭净水器[7], 其主要包括过滤容器和滤芯,滤芯一端安装在过滤容器内,另一端与过滤容器连接,其特征在于滤芯包括硅藻土―麦饭石陶瓷层、竹炭滤层,硅藻土―麦饭石陶瓷滤层包括壳体和空心槽,竹炭滤层安装在空心槽内,利用竹炭来净水,获得了国家专利。
3.3竹炭纤维具有净化有害气体性能
现代化的居住环境中少不了居室内各种建筑装饰材料,如人造板、木质复合地板、层压木质板家具和胶粘剂等会发出甲醛、卤代烃、芳香烃等有毒污染物,危害人体健康。随着大气污染的加剧和室内装璜、空调器使用的普及,室内空气的污染已不可忽视。对室内空气净化的方法主要有吸附法、催化法、负离子发、臭氧氧化法、非平衡等离子法等,而选择竹炭纤维作为最理想的吸附材料是关键。实验表明竹炭是化学吸附和物理吸附同时进行的,比一般的活性炭性能要好很多。
表1中的实验数据显示出竹炭纤维对室内有害气体的吸收具有一定的选择性,其吸附率是由公式A=[(W1-W0)/W0]×100 %计算得到, W1和W0分别指竹炭纤维吸附后与吸附前的质量。氨气是碱性气体,所以竹炭纤维对氨气吸收快且吸附率高。稳定时间是指竹炭纤维吸附气体后保持稳定的时间,无论哪种气体,竹炭纤维吸附后稳定的时间都较长,证明它是一种良好的气体净化吸附剂。
4竹炭纤维的工业发展
竹炭材料主要用于纺织工业,在全国已得到广泛的推广,主要包括[8]:
(1)纺丝过程中加入竹炭粉末制成竹炭纤维。主要指粘胶纺丝过程中加入纳米级竹炭粉乳浆,或涤纶、丙纶切片中加入制作好的竹炭母粒进行复合纺丝。该类纺织品在炼染加工中要避免接触较强的酸碱性,以防影响竹炭的功效。
(2)在涤纶、丙纶、晴纶、粘胶等纤维表面涂上超细竹炭添加剂。这是天然植物添加剂移植到化纤中的一项新技术,也是超细纳米技术和纺织工程相结合的产物。
(3)将竹炭粉末分散到水溶性、热塑性树脂中,再将组合后的树脂涂抹于机织物、针织物等基布之上。对于涂布量需求较小的被覆膜可以采用点状被覆,而对于涂布量需求较多的被覆膜可以采用全面被覆方式处理[9]。
随着竹炭改性涤纶纤维产品性能和加工技术的进一步完善,它必将具有更加广阔的前景和深远的意义。
参考文献:
[1]竹林.日本的竹炭纤维问世[J],世界竹藤通讯,2005,3(1):45~47.
[2]李旭明.竹炭纤维的开发与应用[J].针织工业,2007,35(10):21~22.
[3]王敏.竹炭生产的现状及应用[J].现代农业科技,2009,22(3):227~229.
[4]王先锋.竹炭改性涤纶纤维针织物性能研究[D].青岛大学,2008,6.
[5]王先锋,潘福奎,罗佳丽等.竹炭纤维的性能与应用[J].山东纺织科技,2006,15(6):54~56.
[6]周建斌.竹炭环境效应及作用机理的研究[D].南京林业大学,2005,6.
[7]朱江涛,黄正宏.竹炭的性能和应用研究进展[J].材料导报,2004,20(4):41~46.
[8]于海通.竹炭涤纶纤维织物的性能研究与开发[D].苏州大学,2009,5.
[9]刘焕荣,江泽慧,任海青等.竹炭吸附性能及其利用研究进展[J],竹子研究汇刊,2009,12(5):1~5.
炭纤维是一种主要以sp2杂化形成的一维结构炭材料。根据其合成方式和直径不同可分为：有机前躯体炭纤维（PAN基、粘胶丝基、沥青基炭纤维）、气相生长炭纤维(Vapor-grown carbon fiber 简称 VGCF)、气相生长纳米炭纤维(Vapor-grown carbon nanofiber 简称VGCNF)、炭纳米管（carbon nanotube 简称CNT），如图1所示。自从1991年Iijima ［1］ 发现纳米炭管以来，由于其特殊的物理性能和力学性能而引起科学家们的广泛兴趣，同时也促进了气相生长炭纤维在纳米尺度上即气相生长纳米炭纤维的研究。
气相生长纳米炭纤维一般以过渡族金属Fe、Co、Ni 及其合金为催化剂，以低碳烃化合物为碳源，氢气为载气，在873 K～1 473 K下生成的一种纳米尺度炭纤维。它与一般气相生长炭纤维(VGCF)所不同的是，纳米炭纤维除了具有普通VGCF的特性如低密度、高比模量、高比强度、高导电等性能外，还具有缺陷数量非常少、比表面积大、导电性能好、结构致密等优点，可望用于催化剂和催化剂载体、锂离子二次电池阳极材料、双电层电容器电极、高效吸附剂、分离剂、结构增强材料等。Tibbetts［2］在研究了VGCF的物理特性以后，发现小直径气相生长炭纤维的强度比大直径的强度要大。
Endo［3］用透射电镜观察到气相生长法热解生成的炭纳米管和电弧法生成的炭纳米管的结构完全相同。所有这些，都使气相生长纳米炭纤维的研制工作进入了一个新阶段。
另外，从图1的直径分布来看，纳米炭纤维处于普通气相生长炭纤维和纳米炭管之间，这决定了纳米炭纤维的结构和性能处于普通炭纤维和纳米炭管的过渡状态，因而，研究普通炭纤维、纳米炭纤维、纳米炭管的结构和性能的差异将具有重要的意义。
2 气相生长纳米炭纤维的制备方法与影响因素
刘华的实验结果表明VGCF的强度随着直径的减小而急剧增大［4］。Tibbetts［2］在研究VGCF的物理特性时，也预测小直径的VGCF要比大直径的VGCF强度要大得多。由于VGCF的直径主要是由催化剂颗粒的大小来决定的［5］，因此大批量生产VGCNF的关键问题是催化剂颗粒的细化。
目前，VGCNF的制备主要有三种方法：基体法［6，7］、喷淋法或者流动催化剂法［8］和改进的流动催化剂法［9］。所谓的基体法是将石墨或陶瓷作基体，施以纳米级催化剂颗粒做“种籽”， 高温下通入碳氢气体化合物，在催化剂的作用下碳氢气体分解并在催化剂颗粒的一侧析出纳米级纤维状炭。例如，Rodriguez［10］在基体上喷洒超细催化剂粉末，即用所谓的基体法高温降解碳氢化合物气体制备出50 nm～80 nm的VGCNF。这种基体催化剂方法可以制备出高质量的VGCNF。但是，超细催化剂颗粒的制备非常困难，在基体上喷洒不均匀，而且纳米炭纤维只在有催化剂的基体上生长，因而产量不高，不可能工业化生产。Tibbetts［8］用喷淋法或者流动催化剂法在一个垂直的炉子里成功地制备出了50 nm～100 nm的VGCNF。虽然这种方法提供了大量制备VGCNF的可能性，但是由于催化剂与碳氢气体化合物的比例难以优化，喷洒过程中铁颗粒分布不均匀，且喷洒的催化剂颗粒很难以纳米级形式存在，因此在制备纤维的过程中纳米级纤维所占比例少，而且总是伴有大量的炭黑生成。
为了解决以上两种方法的不足，充分利用基体法和喷淋法各自的优点，本研究小组用改进的气相流动催化剂法，在水平反应炉里，生长出10 nm～100 nm的VGCNF［9］。改进的流动催化剂法的主要特征是，催化剂并不是附着在基体上，也不象制备VGCNF所用的喷淋法或者流动催化剂法，将催化剂前驱体溶解在碳源溶液中，而是以气体形式同碳氢气体一起引入反应室，经过不同温区完成催化剂和碳氢气体的分解，分解的催化剂原子逐渐聚集成纳米级颗粒，因此分解的碳原子在催化剂上将会以纳米级形式析出纤维状炭。由于从有机化合物分解出的催化剂颗粒可以分布在三维空间内，因此其单位时间内产量可以很大，可连续生产，有利于工业化生产。
影响气相生长炭纤维的因素很多，研究也较充分，如氢气的纯度、碳氢气体化合物的分压、氢气和碳氢气体化合物的比例、反应温度、催化剂（颗粒大小、形状、结晶构造）的选取、气体的流量、微量元素的添加（如S）等都会影响到VGCF的生长。由于VGCNF和VGCF一样也是双层结构，即由两种不同结构的炭组成，内部是结晶程度比较好、具有理想石墨结构、中间空心的初期纤维；外层是结晶程度比较差、具有乱层结构的热解炭层［9］。因此，影响气相生长炭纤维的因素，也将影响着VGCNF的生长。
(1) 氢气除了作载气外，还用以将Fe、Co、Ni等的金属化合物还原成为起催化作用的Fe、Co、Ni等单质。另外，还具有下列作用：(a)H2在金属表面上的化学吸附可以阻止石墨炭层的凝聚反应；(b)H2在金属表面上的化学吸附也可以弱化金属与金属间的结合力，使金属颗粒的大小适合于生长炭纤维［10］；(c)H2的存在也可以使催化剂颗粒重构，以形成可以大量吸附碳氢化合物的表面［11］。
(2) 其它元素如硫的加入对VGCF的生长也产生很大影响，Kim［12］在研究硫的吸附与碳在Co做催化剂析出时的相关作用时发现：少量的硫可以促进金属表面的重构，防止催化剂失活。硫量过大，则会生成过多的硫化物，抑制催化剂的催化活性。另外，少量的硫也可以促进催化剂颗粒分裂，这对于生长高质量的纳米级VGCF具有非常重要的作用。
(3) 为了高效率生长VGCNF，催化剂一直是研究的热点。Baker发现在铁磁性金属中添加第二种金属可以改变炭纤维的生长特性，产生非常高的有序结构［13］，生长多种形态的炭纤维。而且可以减少催化剂颗粒直径，VGCF的产量和生长速率也有所提高［14］。人们也发现往过渡族金属(Fe、 Co、 Ni) 中引入第二种金属同样也能影响VGCNF的形貌和特性［6, 7］.Chambers 等 在研究往Co里加入Cu对VGCNF的结构和性能的影响后, 发现所制备的VGCNF具有非常高的结晶性［7］。
另外, Rodriguez ［6］ 用纯铁作催化剂制备出石墨片层平行于纤维轴向的ribbon 型的纳米炭纤维; 用Fe-Cu (7:3)作催化剂制备出石墨片层与纤维轴向呈一定角度的 herringbone 型的纳米炭纤维; 用硅基铁作催化剂制备出石墨片层垂直于纤维轴向的纳米炭纤维。所有这些现象都说明了催化剂颗粒的特性影响着纳米炭纤维的生长。
总之，氢气的分压、催化剂的选取、碳氢化合物的流量、微量元素的加入都会影响炭纤维的生长，对于VGCNF的制备，所有这些因素都必须加以考虑。
3 气相生长纳米炭纤维的生长机理
一般认为，VGCNF与VGCF一样是由两种不同结构的炭组成的，内层是结晶比较好的石墨片层结构（即纳米炭管），外层是一层很薄的热解炭，中间是中空管。这些结构特性决定了VGCNF两个不同的生长历程。即先是在催化剂表面气相生长纳米纤维，然后是在其上面热解炭沉积过程。其中，在催化剂表面气相生长纳米炭纤维可以分为以下几个过程：
(1) 碳氢气体化合物在催化剂表面的吸附；
(2) 吸附的碳氢化合物催化热解并析出碳；
(3) 碳在催化剂颗粒中的扩散；
(4) 碳在催化剂颗粒另一侧的析出，纤维生长；
(5) 催化剂颗粒失活，纤维停止生长。
目前，世界各国的科学家对VGCNF的生长机理还没有一个统一的认识，在许多方面还有争议。
例如：碳在催化剂颗粒中的扩散是靠温度梯度为推动力还是靠浓度梯度为推动力；真正起催化作用的是金属单质还是金属碳化物至今也是一个争论的焦点。
Oberlin ［5］ 用Fe-苯-H2体系生成了VGCF，并对催化剂颗粒的电子衍射进行分析，发现有渗碳体Fe3C的存在。Audier［15］用选区电子衍射技术也发现了Fe5C2和Fe3C的存在。Baker［16］在研究了各种Fe的氧化物和碳化物的反应活性之后不同意渗碳体有催化活性的观点。当用很高浓度的渗碳体做催化剂时，没有发现炭纤维生长。
Yang在研究H2对碳降解的作用时发现，Fe3C表面对苯的热解无活性，通H2后恢复了金属性，则生长炭纤维的活性也恢复了。尽管金属碳化物有催化活性的说法与实验结果不符合，但碳化物的表面作用不可忽视。
另外，碳在催化剂颗粒中的扩散是靠温度梯度为推动力还是靠浓度梯度为推动力也是一个争论的焦点。最初，Baker ［16］ 假定碳在催化剂颗粒中的扩散是靠温度梯度为推动力的。碳氢气体化合物在催化剂颗粒一侧放热分解，而在另一侧吸热析出。这样，就在催化剂颗粒中存在一个温度差，从碳氢气体化合物分解出的碳原子在这种温度梯度的作用下从催化剂颗粒的另一侧析出，生长炭纤维。
而Holstein ［18］ 则认为碳在催化剂颗粒中的扩散是等温扩散，是靠浓度梯度为推动力的。Rostrup-Nielsen和Trimm［19］也认为碳在催化剂颗粒中的扩散是靠浓度梯度为推动力的。Holstein和Boudart［20］通过计算得出当金属催化剂表面发生放热反应的时候，在气体/金属界面和金属/纤维界面所产生的温度差小于0.1K可以忽略。另外，Rostrup-Nielsen［19，21］也发现在催化剂颗粒表面发生吸热反应的纤维生长。因此，他们认为碳在催化剂颗粒的扩散是靠浓度梯度为推动力而不是靠温度梯度为推动力的。不论靠什么作推动力，炭纤维的生长速度主要由碳原子在催化剂颗粒中的扩散速率决定，则是不容置疑的［18］。当催化剂表面被热解碳完全覆盖而失去催化活性时，纤维就停止生长。
对于碳氢气体化合物催化热解析出碳和催化剂失活的问题，许多科学家研究了金属与气体的界面反应。碳作为碳氢气体热解的最终产物有三种聚集状态：颗粒、片状及纤维状。随着反应条件不同，三种形态所占的比例将有所变化。当碳氢气体分子与催化剂颗粒相撞时，碳－氢、碳－碳键被削弱，再与气氛中的氢作用，各原子将重新组合，有人认为这时将产生一种活性很高的过渡态碳原子［22］,它继续变化的方向有以下几个：
(1) 再与吸附在铁表面的氢和碳氢化合物结合;
(2) 与同类碳原子相连形成表面包覆碳;
(3) 进行催化剂体内扩散;
(4) 析出、连续长出炭纤维;
其中(2)与催化剂失活有关。
尽管上述生长过程，为典型的晶须状纤维提供了一个合理的解释，但对于分叉状、多方向状、螺旋状VGCF却不能自圆其说。对于VGCF的分叉现象，可能是由于碳以固态形式从催化剂中析出，这会对催化剂颗粒产生排挤力，这种排挤作用可能会使催化剂颗粒分裂为两个或更多的小颗粒，这些小颗粒对纤维的生长仍然起着催化作用，结果导致了VGCF的分叉。
对于双向状、多方向状、螺旋状VGCF的生长机理，人们还没有统一和明确的认识。目前也仅仅是一些推测，认为氢气和第二种金属的加入，会使催化剂颗粒重构，形成适于生长VGCF的多个晶面［15］，然后是碳原子在颗粒中的扩散，在晶面上析出，生长VGCF。气相生长炭纤维尽管有大约二十年的研究和发展历史，但由于其生长过程的复杂性，人们对其生长机理的认识还远未完成，随着实验技术的发展，认识将更加深入。
4 气相生长纳米炭纤维的性能及应用前景
作为一维结构的VGCNF具有许多优越的性能，因此它的潜在应用十分广阔。
由于VGCNF的缺陷数量很少、结构致密，所以VGCNF具有高强度、高比模量的力学性能，其强度比普通 VGCF 大。并且VGCNF具有直径小、长径比大的特点，因此可以用于高级复合材料的增强体，也可以用于航空、航天、环境、工民建材料及日常生活用品及其它高科技领域。
VGCNF表面具有分子级细孔，内部也具有细孔，比表面积大，气体可以在VGCNF中凝聚，因此可以吸附大量气体，是极具潜力的储氢材料，也可用作高效吸附剂、催化剂和催化剂载体。
另外，纳米炭纤维还具有较高的导电性，可望用于锂离子二次电池阳极材料、双电层电容器电极等。
直径为10 nm～20 nm的炭纤维在结构上和纳米管的结构相似，使气相生长法代替电弧法制备高纯度的纳米炭管成为可能。总之，高质量的纳米级VGCF的大量制备、充分利用其特性，开发新的应用领域，将是人们为之努力的方向。
5 改进流动催化剂法制备的VGCNF
很久以前，人们就发现碳氢气体化合物通过过渡族金属表面催化降解可以析出微米级炭纤维，但直到九十年代才发现此种技术也可用来制备纳米炭纤维和纳米炭管。
本研究小组根据纤维直径大小主要由催化剂颗粒大小决定的这一事实，我们用易挥发的过渡族金属有机化合物析出的Fe 、Co、 Ni原子可以凝聚成纳米级催化剂颗粒的特点，采用改进的流动催化剂法制备出纯净的纳米炭纤维。如以苯为碳源，以二茂铁为催化剂前驱体，以氢气为载气，在1373 K～1473 K下成功地制备出直径在5 nm～500 nm内可控的纳米炭纤维。并且经过一系列的实验研究，发现了一种VGCNF的生长促进剂-含硫化合物，它一方面可以有效地阻止无定形碳、炭黑等杂质的生成，另一方面可以大大增加VGCNF的产量和收率。实验装置如图2。得到的VGCNF外观上有两种形式。一种为薄膜状“织物”，非常薄；一种为块状，有弹性，得到的产物如图3(a), 3(b)所示。
实际上这些束状纤维是由许多单壁或者多壁纳米炭管组成的［23］。图 5(a) 和5(b)是块状产物的SEM和TEM形貌。从SEM图中可以看出块状产物也非常纯净。纤维直径分布比较均一，而且大部分纤维可以观察到中空管的存在，纤维的表面也非常光滑。
用改进的流动催化剂法制备VGCNF不仅设备简单，而且能半连续或连续生产，制备的VGCNF具有直径分布比较均匀、产品纯度高等优点，目前正在深入研究该方法的放大技术。
6 小结
VGCNF是一种十分独特的纳米炭材料，具有许多与众不同的特性，如非常小的尺寸、独特的电学性能、特别优良的力学性能及吸附与催化特性。VGCNF具有十分广阔的应用前景，对其进行广泛而深入的基础和应用研究，具有十分重要的科学意义。
参考文献
［1］ Iijima S.Helical microtubules of graphitic carbon［J］. Nature, 1991, 354(6348):56
［2］ Tibbetts G G, Doll G L, Gorkiewicz D W,et al. Physical properties of vapor-grown carbon fibers［J］.Carbon, 1993, 31(7): 1039
［3］ Endo M, Takeuchi K, Kobori k,et al. Pyrolytic carbon nanotubes from vapor-grown carbon fibers［J］.Carbon, 1995, 33(7):873
［4］ 刘 华.气相生长炭纤维的结构及生长机理的研究［D］.硕士毕业论文，沈阳：中科院金属研究所， 1985
［5］ Oberlin A, Endo M, koyama T. Filamentous growth of carbon through benzene decomposition［J］. J Cryst Growth, 1976, 32(2): 335
［6］ Rodriguez N M, Chambers A, Baker R T K. Catalytic Engineering of carbon nanostructures［J］. Langmuir, 1995, 11: 3862
［7］ Chambers A, Rodriguez N M,Baker R T K.Influence of copper on the structural characteristics of carbon nanofibers produced from the cobalt-catalyzed decomposition of ethylene［J］. J Mater Res,1996, 11(2): 430
［8］ Tibbetts G G, Gorkiewicz D W. A new reactor for growing carbon fibers from liquid- and vapor-phase hydrocarbons［J］. Carbon, 1993, 31(5): 809
［9］ Yue-Ying Fan, Feng Li, Hui-Ming Cheng,et al. Preparation, morphology and microstructure of diameter-controllable vapor-grown carbon nanofibers［J］. J Mater Res, 1998, 113 (8): 2342
［10］ Rodriguez N M. A review of catalytically grown carbon nanofibers［J］. J Mater Res, 1993, 8(12): 3233
［11］ Krishnankutty N, Rodriguez N M, Baker R T K. Effect of copper on the decomposition of ethylene over an iron catalyst［J］. J Catal, 1996, 158(1): 217
［12］ Kim M S, Rodriguez N M, Baker R T K. The interplay between sulfur adsorption and carbon deposition on cobalt catalysts［J］. J Catal, 1993,143(2): 449
［13］ Downs W B, Baker R T K. Preserving carbon fiber strength during CVD of catalytic carbon filaments［A］. Extended abstracts of 20th Biennial Conference on Carbon［C］. Santa Barbara, CA, 1991.318
[关键词]大气污染；活性碳纤维；水污染
中图分类号：X505 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）26-0068-01
一、前言
活性碳纤维的结构属于微孔型，这对多种污染物都有良好吸收功效，因此被广泛应用于环保领域里。对于水治理而言，活性碳纤维的使用能够起到净化饮用水和工业废水。而对于大气污染而言，活性碳纤维能够吸收大量空气有害气体。文章分析活性碳纤维在这两个领域的应用。当前，人们的环保意识逐渐提高，人们对环保产品渴求，活性碳纤维在未来发展中有良好的前景。
二、水污染治理中对活性炭纤维的应用
（一）饮用水净化中对活性炭纤维的应用
饮用水净化选择了活性炭纤维，水净化效率高。从实践中得知，净化装置它的装置结构、占用空间大小以及经济效益都有极大优势。即使是处于断续通水情况下，处理量不会有所下降，反而会逐渐增加，使用寿命长。活性炭纤维发挥出特殊功能，实现无机物净化，有机化合物清除和水质细菌净化等。水质澄清层面，进水质难闻的异味净化掉。在无机物层面，一般而言，饮用水会包含大量的高猛类物质，活性炭纤维能够有效地净化这些物质。在有机化合物层面，饮用水水源受到污染，水体中会包含大量的酚类、氯类物质，属于有机化合物范畴。这些物质对人体健康危害大，活性炭纤维在一定程度上能将其去除，去除效率较高，达到98%。次氯酸钠分解方面，活性炭纤维在同水体中的次氯酸钠实现反应，最终生成二氧化碳和氯化钠。因此，在使用过程中，具备有效地净化作用。
（二）污水处理中对活性炭纤维的应用
水体污染因素较为复杂，文章选择较为典型的因素进行说明。一，银离子废水。第一方面是利用自身还原吸附性直接吸附大量的银离子； 第二方面是通过活化作用令纤维表面含氧的官能团发挥作用， 通过化学键作用除去银离子。活性炭纤维对染料处理效果较好，染料废水的污染颗粒较多，而且PH值呈现不同。在使用活性炭纤维之前，理当对废水进行检测，确定出污染物类型。再选择PH值同孔洞类似活性炭纤维，这样才更好的保障染料处理效果。
三、大气污染治理中对活性炭纤维的应用
相对面积较大，能够为活性炭纤维提供良好的吸附空间，提升吸附重复率。大气污染中，最为常见的有硫化氢、硫氧化物以及氮氧化物。活性碳纤维对大气污染有较好处理效果。
（一）活性炭纤维用于吸附分离硫氧化物
活性炭纤维相对于粉末活性炭而言，它的吸附和阻截能力较强，能够较好处理黑水污染问题。因此，被大量使用于高端净水产品里。当前市场存在的活性炭棒，它的拦截作用较强，但是吸附能力很弱。在使用过程中，容易导致二次污染出现。因此，在使用中备受争议，有的学者希望使用活性炭棒，而有的学者反对。但是如果科研过程中， 能够提升活性炭棒吸附能力，那对净水而言将是有力探索。活性炭纤维是基于活性炭棒基础上的产品，吸附和拦截能力都较强，净水性效果明显，备受市场青睐。随着经济社会不断发展，加快研究步伐，研究更多净化水体和空气产品，推动环保事业发展。
众所周知，酸雨形成最为重要的导致物是硫氧化物。酸雨的危害大，对酸雨的处理变得至关重要。一般而言，传统的硫氧化物分离方式比较多，然而使用都会具有局限性。在该情况下，活性炭纤维吸附功能较强，是其他吸附物质四倍。而且。活性炭纤维能够实现重复使用。因此，在经济效益层面有着重要优势。
（二）活性炭纤维用于吸附分离氮氧化物
活性炭是一种借助活化处理之多孔碳，在使用中具备超强的吸附作用。在军事、化工以及环保层面，有着悠久历史现代的活性炭纤维，纤维上有密密麻麻的小孔，吸附作用强，吸附颗粒效率相对于活性炭高出20倍，吸附速度达到1000倍。但是，我国活性炭使用时间较短，使用普及率较低。随着科技社会不断发展，我国环保意识增强，我国引用活性炭纤维应用于净化水和净化空气中。活性炭纤维是高科技产品，它的制品可以是丝、纸、毡、布等等。而且市场价格也相对高，我国在对活性炭纤维研发时，急需探究出高质量、低成本的研发模式，为我国普及使用活性炭纤维奠定基础。举个例子，活性炭纤维产品活性炭纤维毡，对灰尘有良好的吸附作用，净化空气。但是使用时间过久之后，微孔会被填满，导致吸附能力下降。一般而言，活性炭纤维再生方式较多，可以使用加热方式将吸附的物质随着动能增加而益处。活性炭纤维之所有备受青睐，关键在于其重复使用率较高。在工业上使用一般都会借助专门的装置实现，使得空气净化效果更加明显。
当氧化物是大气污染常见的物质，该污染物具有可凝性，尤其是在常温环境下，会使得二氧化氮、一氧化氮可凝性增强。还具备高沸点以及二聚作用。这些特性使得活性炭纤维很难被吸附。在使用时，要对氮氧化合物进行处理，分离氮氧化合物，对活性炭进行微调整，改变微孔距离，保障吸附效果。另外，硫化氢大气污染处理也类似。硫化氢具有毒性，气味较为刺激，在进行处理时要做好准备工作。对活性碳纤维进行预处理，使得活化水平更高。在特定的环境中发挥出作用。
结束语
我国的活性炭纤维技术相对于国外而言，我国的技术还存在一定的缺陷。在国外活性炭纤维使用已经普及，被大量生产。而在我国活性炭纤维还处于研究阶段。较少的部门使用了活性炭，活性炭未被推广应用。在我国活性炭纤维未来发展过程中，要加大对技术研究力度，集中于产业化和使用化层面研究。研究人员要努力降低批量生产成本，提升工艺水平。在条件许可下，可以引入国外先进技术，推动我国环保建设水平提高。
参考文献
壳聚糖、碘的抗菌性能及其在窗体顶端
[1] 沈岳，蒋高明，季涛，高强，刘其霞.活性炭纤维材料吸声性能预测模型 [会议论文]2012-第九届长三角科技论坛――新型纤维材料的研发与应用纺织分论坛.
[2] 董德荣.抑菌处理中的应用[期刊论文]2013-中国人民军事医学科学院：生物医学工程.
[3] 张凡，马晓军.纺丝工艺对木质活性炭纤维亚甲基蓝吸附性能的影响[会议论文].2013-第五届全国生物质材料科学与技术学术研讨会.
关键词：活性炭纤维 有机废气 吸附 再生
废气治理是大气污染控制过程中的一个重要环节。有机挥发性气体广泛存在于工业和家庭设施中，不仅给工农业生产造成影响，而且对人体的健康也有极大的危害。空气中挥发性有机物(VOCs)是石油、化工和一些轻工业如制药、印刷、涂料、制鞋、玩具等行业在生产中产生的最常见的污染物。一些则是剧毒物质，如某些树脂、含氯化合物(氯乙烯等)、有机磷化合物等；更多的是毒性较小的VOCs，如醛、酮、烷烃、苯环系列及其衍生物等，长时暴露在这些物质污染的环境中就会引起中毒事故，严重的导致终身伤残，甚至致死[1]。VOCs的污染防治问题逐渐受到重视，引进国外治理设备存在投资大、运行成本高的问题，国内传统工艺存在技术落后、运行不稳定、效率低的问题，因此亟待研究开发新的治理工艺。
吸附法作为处理有机废气的应用最为广泛，以其去除率高、净化彻底、能耗低等特性越来越受到人们的关注。活性炭纤维(ACF)是20世纪70年展起来的，以其独特、优越的性能大大增强了炭质吸附剂的功能，拓宽了炭质吸附剂的应用领域，是一种新型、高效的吸附材料。与传统的活性炭相比，ACF具有优良的结构特征，它含碳量高、比表面积大，微孔丰富、孔径分布窄，并带有一定量的表面官能团。这些特征有利于吸附和脱附，使得ACF对各种有机化合物具有较大的吸附量和较快的吸脱附速度[2]。而且，ACF可以制成布、毡等各种各样的形状，这就使得它比传统的活性炭颗粒具有更优越的吸附性[3]。近年来研究人员对ACF对气体的吸附特性做了很多研究，如VOCs、NOx和SO2等。本实验以甲苯为研究对象，采用粘胶基ACF吸附装置对甲苯废气进行吸、脱附实验研究。
1
实 验
1.1 实验材料
吸附剂：本实验采用粘胶基ACF作为吸附剂，表1是粘胶基ACF的结构和功能参数。
吸附质：甲苯（广州化学试剂厂），分析纯。
近年来，随着人们生活水平的提高与健康环保意识的增强，要求穿着与使用的纺织品不仅要质量优，而且要符合安全、卫生、环保、健康的要求，故国内外很多纤维与纺织品制造企业，都把开发生产绿色、环保、功能性纤维与纺织品作为企业产品转型升级的一个重点。本文重点介绍了近几年国内外已批量生产的几种新型绿色环保、功能性纤维的特点与应用情况，以期为纺织品生产企业进行产品开发提供一些参考。
1 新型合成纤维
1.1蜂窝状竹炭纤维
蜂窝状竹炭纤维是以涤纶为基体在纺丝过程中加入粉状竹炭颗粒，用特殊形状纺丝板喷丝而成。该纤维由上虞弘强化纤公司研制开发，并已批量生产进入市场。它采用高温与惰性阻隔工艺，使竹炭在炼制过程中的温度高达1800℃（一般炼炭温度在800～1000℃）。采用这种工艺后，所炼制的竹炭结晶度趋向更优质化、蜂窝状，使其抗静电、吸附、防臭、防霉、发射远红外及产生负离子等能力大大提高。据相关部门检测，该纤维远红外发射率为85%，发射波长为8～12μm，使纤维具有良好的保暖效果。负离子发射量为2600个/cm3。此外，纤维还具有活化细胞等保健功能。同时，由于纤维表面呈蜂窝状微孔结构，从而使其具有超强的吸附能力，对人体异味、油烟味、甲醛、苯、氨等有吸收和消臭作用（吸附除臭功能达到60%）。
近几年，上虞弘强化纤公司与国内最大的色纺集团——华孚色纺股份有限公司强强联合，用蜂窝竹炭纤维与色棉等混纺制成纱线与纺织品，已用于床上用品、中高档内衣、袜子、婴幼儿服装、孕妇防护服以及装饰材料等领域，取得了良好的经济与社会效益。
1.2Porel纤维
PorelTM纤维是南京东华纤维公司开发的一种改性聚酯纤维。纤维具有较高的中空度（18%），其中空管道可使纤维集合体更加蓬松，包含更多的静止空气形成独特的保暖系统。用该纤维制成的面料可在实现保暖性能的同时更加轻薄，从而增加了人体的舒适性。此外，Porel纤维的特别之处还在于在大分子键中引入柔性基团，使纤维手感柔软，并具有优良的抗起毛起球性能。
据报道，Porel纤维在大分子中引入了亲水基团，能够自动调节纤维表面的亲水状态，并提高了纤维的导湿性，可将皮肤上的湿气和汗水快速送走，从而调节人体体温，增加人体舒适感。据了解，江苏大生集团用该纤维与粘胶纤维（80/20）混纺成29.5tex的针织纱，制成的服装具有优良的保暖性能。在混纺纱试制过程中，首先要对Porel进行抗静电预处理，以提高纤维的可纺性。纺纱各工序应采用“轻定量、慢速度”工艺，同时，因Porel纤维与粘胶纤维染色性能差异较大，在圆盘抓棉混棉后还要采用“三并”工艺，进一步提高混和均匀性，以防止针织布出现横条现象，同时各工序要保持较好的温湿度条件，以使成纱质量达到用户要求。
1.3咖啡炭纤维
咖啡炭纤维是台湾华伦生化科技股份有限公司利用咖啡渣，经火炼烧后制成晶体，再研制成纳米粉状，加入到涤纶中生产出的一种功能性涤纶短纤——咖啡炭纤维。据介绍，该纤维具有抑菌、除臭、抗紫外线等功能。据报道，江苏大生集团采用咖啡炭纤维与Lenzing（兰精）公司的粘胶纤维混纺，可生产出具有抑菌、除臭、防紫外线的纱线，已用于袜子、内衣、T恤等服饰领域。据台湾纺拓会相关部门研究表明：咖啡炭纤维的多孔吸附效果让体表水分得到有效控制，进而起到抑制细菌繁殖的作用，而细菌繁殖时所释放出的臭气也因此大幅度降低；同时，咖啡炭纤维还能散发负离子，穿着咖啡炭纤维制成的服装，所吸收的负离子和清晨在公园散步的效果一样。由于咖啡炭纤维具有上述优良特性，且纤维本身是灰色的，故可以不染色即进行后加工。
1.4VSS—舒弹纤维
VSS—舒弹纤维是由上海贵达科技有限公司研发的一种聚酯基新型弹性复合纤维，具有蓬松柔软、吸湿排汗，常温易染色、弹性效果出众等优良性能，舒弹纤维的推广应用，解决了氨纶的不易染色、弹力过剩、加工工艺复杂及使用过程中易老化等问题。目前，天津纺织控股集团用该纤维与纯棉混纺生产了18.5～37tex的精梳棉/VSS—舒弹纤维（60/40）的8个系列纱线，并制成了棉/舒弹纤维交织经纬二重织物与府绸等品种，投放市场后受到消费者好评。
1.5葆莱纤维—派丝特（PARSTER）
葆莱纤维—派丝特是上海联吉合纤公司与东华大学联合研制开发的超柔软易染聚酯纤维，通过对聚酯进行化学改性，使聚酯纤维产生“奇碳效应”，从而具有超柔软、深染、抗起毛起球等特点。据介绍，该纤维特别适宜与羊毛、腈纶、木代尔等纤维进行多组分混纺，制成的织物柔软、悬垂性佳、亲肤性好。目前，上海中孚纺织公司、山东恒丰集团及上海三枪（集团）公司等已用葆莱纤维—派丝特开发出针织、机织纺织品。
目前，葆莱纤维—派丝特在原有品种基础上又衍生出了4个系列产品：阻燃纤维、凉感纤维、抗菌纤维和竹炭纤维，可适应下游用户开发多种功能性纺织品的需求。
1.6 X—Static镀银纤维
X—Static镀银纤维是近几年来开发成功的新型功能性纤维，其基体材料是尼龙。镀银纤维具有防辐射、抗静电、抗菌除臭、调节体温等功能。青岛亨通特种织物科技公司独家研制开发了这种纤维并拥有3项专利，并在此基础上开发了新型织物并制成了服装。
据报道，银纤维的获得主要有2种方法：一是在聚合物表面镀（涂）银；二是在纤维成形过程中添加超细银粒子而制得功能性纤维。目前国内外使用第一种技术的较多。
关键词：光催化氧化，甲醛，纳米TiO2
中图分类号：X131文献标识码：A 文章编号：
近年来，随着生活水平的不断提高，人们对室内的舒适性、美观性也不断的提高，大量新型的装饰材料、涂料用于提高室内的舒适性和美观性，由于室内的装饰和涂料产品的质量良莠不齐，存在着产生室内污染物的隐患，甲醛是室内空气中的主要污染物之一，有研究表明人们在室内的时间大概占到全天的80％—92%[1]，长时间停留在有甲醛的房间内可以引起头痛、呼吸道水肿，孕妇长期吸入可能导致新生婴儿畸形。1995年甲醛被国际癌症研究机构(IARC)确定为可疑致癌物[2]。
Fujishima A等[3]提出光催化理论之后,光催化技术在室内空气净化方面被广泛应用[4-6]，纳米TiO2由于催化活性高、氧化能力强、不易溶解、稳定性好以及价廉无毒等优势而被公认是最具有开发前途和应用潜力的环保型光催化材料,有研究表明光催化氧化可以将大部分有机污染物氧化为CO2和H2O[7]，但纳米TiO2粉体在降解气态有机物时存在着回收困难，处理低浓度污染物速度较慢。活性碳纤维( ACF)具有丰富的孔结构优良的吸附特性，利用活性碳的吸附性使污染物形成局部高浓度, 再通过二氧化钛的光降解作用处理气态污染物[8]。
一、实验部分
1.1试剂及仪器设备
主要试剂：纳米二氧化钛（TiO2）（Deggusa P-25纳米粉末,北京安特普纳科贸有限公司, 粒径为21nm,比表面积为50±15m2/g)、甲醛(HCOH)（分析纯）硅酸钠（Na2SiO3）（分析纯）。
主要仪器设备及材料：磁力加热搅拌器(上海司乐85-2)，电热恒温干燥箱（DHG-9140A型），甲醛分析仪（4160-2美国interscan），电子天平（FA1004N 上海精密科学仪器有限公司）温湿度计( ETH529,深圳明高五金制品有限公司)，紫外灯管（8w、14w 波长254nm），10W小风扇，气泵，活性炭纤维（ACF，比表面积1150/g,沈阳宇恒碳纤维有限公司）。
1.2光催化反应装置及实验流程
反应装置：自制模拟小室（80×40×30cm），内置反应器（8×8×60cm），模拟小室及内置反应器均采用透明有机玻璃制成，小室壁上留有检测口，加湿孔，滴液孔及导线引入口，小室顶盖四周用20个螺钉固定，再用透明胶带密封，壁面外贴铝箔纸遮挡紫外线，反应器内放置紫光灯管，用支架固定，活性炭纤维铺设在紫光灯下面
反应流程：甲醛由模拟小室顶盖小孔滴入模拟小室内的托盘上，打开小风扇使甲醛液体充分扩散，测量甲醛初始浓度，打开紫光灯和气泵使室内气体流经反应器，每30min测量一次甲醛浓度，每组数据测3次取平均值。
1.3活性炭纤维负载纳米TiO2
将一定量的纳米TiO2粉体和硅酸钠（约为纳米TiO2量的十分之一）加入去离子水中，经磁力器搅拌12h,形成一定浓度的稳定悬浊液。将活性炭纤维经去离子水清洗然后放入烘箱中烘干,反复3次，以除去表面的杂质及细小纤维。将活性炭纤维在TiO2悬浊液中浸渍、提拉,反复几次,然后放入烘箱内经160 ℃烘干2小时, 称重确定TiO2负载量。
二、实验结果与分析
2.1不同光原照射对甲醛的降解效率的影响
不同光原照射对甲醛的降解效率的影响如图1所示。实验条件：甲醛浓度1mg/m³，气体流量Q=10L/min，反应温度控制为20℃，相对湿度为45％左右，ACF为19.8g，负载量约为2.09g。在无紫光灯照射情况下和分别在8w（波长254nm）紫光灯、14w（波长254nm）紫光灯照射下进行试验。
图1 不同光原照对甲醛的降解效率的影响
从图中可以看出，在有紫光灯照射下的处理率明显好于没有无紫光灯时的处理率。14w紫光灯的处理效果好于8w紫光灯的处理效果，说明光源强度越强光催化效果越好。分析，反应初期的净化效率较快，这主要是因为活性炭纤维具有优异的吸附性能所致，活性炭纤维吸附甲醛，形成局部具有较高浓度污染物，加快了光催化的降解效率。无紫光灯照射时120min后甲醛的降解率基本没有变化，说明此时活性炭纤维对甲醛已达到吸附平衡。当在有紫光灯照射的情况下，甲醛的降解效果明显提高，说明在紫外灯的照射下确实发生了光催化氧化反应，随着光源强度的增大，更容易发生光催化反应。
2.2活性炭纤维负载不同纳米Ti O2对甲醛的降解
活性炭纤维负载不同质量的纳米TiO2光催化氧化降解甲醛的效率曲线如图2所示。基本实验条件：甲醛浓度1mg/m³，活性炭纤维为19.8g，气体流量Q=10L/min，反应温度控制为20℃，相对湿度为45％左右，紫光灯为14w。
图2 ACF负载不同量的TiO2对甲醛的降解率
从图中可以看出，当活性炭纤维负载2.09g TiO2时，甲醛的处理效果最好，降解率为93%在70min前TiO2负载量为0.96g时甲醛降解效率最快,甲醛净化效率随TiO2负载量增加而增大，当负载量达到一定量时降解率随负载量的增大而减小。分析：甲醛的降解开始是以活性炭纤维的吸附为主，甲醛净降解率随TiO2负载量增加而增大，当负载量达到一定量时降解率随TiO2负载量的增大而减小。分析：TiO2负载量越小活性炭纤维的比表面积越大，吸附量也越大，所以加快了光催化反应的进行，因为光催化反应需要一定量TiO2参与，量太小会降低污染物的处理率，当TiO2负载过多时减小了活性炭纤维的比表面积，降低了对污染物的吸附效果。
三、结论
ACF/TiO2光催化氧化体系净化室内低浓度污染物是一种有效的治理室内空气污染物的方法。活性碳纤维比表面积大，具有很好的吸附性，为光催化反应提供了理想的反应条件，在处理室内较低浓度的甲醛污染物具有较好的效果。短波长光源是光催化反应的必要条件，随着光源强度的增加甲醛的光催化降解效率增加。甲醛降解效率随TiO2的负载量增加而增大，达到一定量后随TiO2负载量的增加而降低。
参考文献
[1]徐丹,钱敏,袁惠新. 室内空气污染及净化[J].化工装备技术,2002,23(5):52-56.
[2]冯小卫，王子东，陈朝东，等．室内污染监测与控制技术问答[M]．北京：化学工业出版社,2006．
[3]Fujishima A ,Honda K. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode[J].Nature,1972,238:37-38.
[4]卢晓平,戴文新,王绪绪，等. 纳米TiO2的负载及其在环境光催化中的应用[J].应用化学,2004,21(11):1087-1092.
[5]胡将军，蔡进，邓永强．光催化氧化处理气相污染物的研究进展[J].环境与健康杂志,2006,(01)88-90．
高分子校外实习报告
班级：高分子031班
姓名：董小花 学号：030320245
本次实习持续三周。在这次实习中，我们分别参观了四川省宜宾普什集团、中像炭黑研究院、中昊晨光化工研究院，以及四川省聚酯股份有限公司。在实习中我们既接受了理论知识的教育、现场的观看还自己动手实际操作。通过本次的实习，我学到了许多书本上所学不到的知识，同时也增长了许多的见识。这些对我今后的工作都是有很大帮助的。现做以下报告。
一、实习动员及安全知识教育
1、明确实习目的和要求，认真做好实习前的准备。
2、一切行动听指挥，服从带队老师和实习单位的安排。
3、进出厂区需佩带临时出入证。
4、进车间需做好一切安全措施。如：佩带安全帽、女生必须盘发。
5、在厂区，注意行路安全。做到一站、二看、三通过。
6、在车间内，严格听从指挥，不得乱动任何一个按钮或阀门。
二、实习单位简介
1、中橡集团炭黑工业研究设计院
中橡集团炭黑工业研究设计院（简称CCBI）是中国炭黑行业唯一的科研设计单位和专用炭黑生产基地。该院已取得一百多项科技成果，其中32个项目被国家和省、部、委授予重大科技成果奖，申请授权国家专利15项，新工艺软硬质炭黑技术先后三次获国家科技进步二等奖。炭黑院的炭黑技术在国内炭黑行业的覆盖率达85%以上，其万吨级新工艺炭黑生产成套技术和设备已出口到欧洲，炭黑产品出口 名列全国前矛。炭黑院是国家有关主管部门认定的炭黑行业技术开发中心、工程中心、炭黑及白炭黑浅色补强材料标准化归口单位、国家炭黑质量监督检测中心，同时也是炭黑行业科技信息中心和培训中心。炭黑院具有国家甲级工程设计资质、国家甲级工程咨询资质和国家环保设计资质，同时具有国家授予的外经资质与外贸资质，并通过ISO9001-2000国际质量认证。
炭黑院注重科技成果产业化方向。目前生产规模为8万吨/年，是全国最大的专用炭黑生产基地，可提供优质的色素炭黑、导电炭黑、汽车专用炭黑和低滞后炭黑等系列专用产品，同时提供优质橡胶用炭黑（软质、硬质）产品。产品质量符合国际ASTM标准和国家GB标准。
在该院，我们观看了一系列的炭黑样品。
2、四川省宜宾普什集团
中国四川省宜宾普什集团有限公司位于万里长江第一城——宜宾，是五粮液集团下属子集团公司，其前身是五粮液酒厂615车间，98年成立五粮液集团塑胶公司。因产业增加，2003年8月公司更名为四川省宜宾普什集团有限公司。经过9年的探索发展，公司规模迅速扩大，产业链逐步延伸，产品结构日益多样化，现已发展成为拥有员工4000多人，各类专业技术人员500多人，固定资产40多亿元，下属5个事业部，6个全资子公司，多个控股合资公司的高科技企业集团。2005年公司实现销售收入36.78亿元，利税5.6亿元。
目前，公司主要由“机械制造”、“PET原料生产及深加工”、“包材、建材”三大产业构成。
“机械制造”产业由普什模具、普什驱动、普什铸造、普什工具、广州普什、南京六和普什等子、合资公司以及数控机床、汽车发动机、汽车零配件等项目构成。产品涉及精密注塑模、汽车模具、压铸模、冲压件、汽车发动机、汽车零配件、柱塞泵、优质铸件、刀具等。
“PET原料生产及深加工”产业由普什3D公司、聚酯事业部、瓶胚事业部等构成。产品主要有：三维立体防伪包装、光栅/光面片材、立体影像及广告、聚酯切片、聚酯瓶胚、聚酯瓶等。
“包材、建材”产业由瓶盖事业部、包材事业部、机动事业部、普什建材公司、普光科技公司、青岛普什宝枫公司、成都普什医塑包装公司等构成。产品包括：瓶盖、托盘、周转箱、礼品袋、烤标瓶、管材、管件、镭射膜、薄壁容器、医药塑料包装等。
3、中昊晨光化工研究院
中昊晨光化工研究院是我国在60年代兴建的专门从事高分子合成材料研制和生产的重要基地之一。 晨光院于1965年集全国24家科研院所的技术优势组建而成。我院主要从事有机氟、有机硅、环氧树脂、新型工程材料、特种树脂及各种粘结剂、医用高分子药品与材料、塑料成型加工、专用塑料机械、化工设备与防腐等方面的技术开发、应用研究和生产。现生产的产品有20多个大类、200多个品种、千余种规格。其中有25个产品获部、省级优质产品称号。产品广泛用于航天、航空、电子、石油、化工、煤炭、汽车、纺织和机械等工业部门。 先后开发新产品20余种，是国内唯一能从氟石生产氟化氢（AHF）、氟利昂（F22）等基础原料，再合成全氟辛酸、四氟乙烯、偏氟乙烯、全氟丙烯等含氟精细化学品，进一步聚合成氟树脂、氟橡胶到氟制品、成型加工的完整配套生产单位。
4、四川省聚酯股份有限公司
四川省聚酯股份有限公司由四川省投资集团公司、自贡市投资公司和四川省纺织集团有限责任公司发起组建的大型股份制企业。总资产 144911 万元，占地面积 22 万平方米。公司建有 10万吨/年聚酯切片、2万吨/年涤纶长丝和7万吨/年直接纺涤纶短纤生产线。主要生产装置系全套引进国外先进技术和设备，其中：聚酯生产线为美国杜邦三釜技术，三菱加拿大公司设备；长丝生产线前纺为瑞士伊文达技术，德国巴马格公司设备；后纺为英国立达—-斯克拉格公司SDS9000型设备；短纤生产线为日本东洋纺技术，邯郸、郑州和上海二纺机厂设备。我公司主要生产半消光纤维级聚酯切片，用于纺制POY、DTY等涤纶长丝及短纤；50D～300D不同规格的常规、细旦和异形产品的涤纶长丝；1.56dtex×38mm和1.11～6.67dtex不同规格的涤纶短纤维以及异型纤维、中长纤维、三维卷曲中空纤维，高强力纤维的涤纶短纤。
三、实习内容及心得体会
1、2006年12月14日，我们参观了中橡炭黑研究设计院和它的生产厂区。在那里我了解到：炭黑是烃类物质（固态、液态、气态）经过并不完全燃烧或裂解生成的。当今炭黑这一术语，通常是指由炉法炭黑、热裂法炭黑和灯烟炭黑等所构成的一组工业产品。炭黑的基本粒径在12~100微米之间，是人类最早制造和应用的纳米材料。
把碳纤维应用在车身制造上可以很大程度上减轻汽车的重量。目前钢铁材料约占车体重量的3/4，如果汽车的钢材部件全部由碳纤维复合材料置换，车体重量可减轻300kg，燃油效率提高36%，二氧化碳排放量可削减17%，这是汽车轻量化的巨大的进步，要知道在汽车上即便只减一公斤很多时候都需要费很大的努力。此外，碳纤维的复合材料还具有耐高温，耐候性强，可设计性强的特点。
碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量的纤维。它是由片状石墨微晶等有机纤维沿纤维轴向方向堆砌而成，经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料。碳纤维是一种力学性能很好的材料，虽然密度不到钢的1/4，但是碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，而一般的车用钢材只有几百Mpa的抗拉强度，也就是说同样截面积的材料，碳纤维可以承受的力超过钢材好几倍。
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