中孔活性炭纖維的制備與其在醫(yī)藥方面的應(yīng)用

中孔活性炭纖維的制備及其在醫(yī)藥方面的應(yīng)用報告人：歐陽潔瑜指導老師：陳水挾教授選題意義活性炭纖維（ACF）中孔活性炭纖維（meso-ACF）活性炭纖維概述活性炭纖維含豐富微孔的纖維狀炭吸附材料.優(yōu)點成型性好、耐酸堿、導電性和化學穩(wěn)定性好、比表面大、孔徑分布集中、吸附、脫附速度快

應(yīng)用領(lǐng)域環(huán)保工業(yè)、化學工業(yè)局限性染料分子或維他命等大分子物質(zhì)難以吸附中孔ACF的研究進展

及應(yīng)用背景

設(shè)計和控制合成中孔ACF的必要性（不僅可用作大分子物質(zhì)的吸附，還可用于雙電層電容等新領(lǐng)域）研究現(xiàn)狀：Pekala課題組制成中孔炭氣凝膠

Hanzawa課題組控制合成了孔結(jié)構(gòu)一定的炭氣凝膠

Tamai課題組從有機金屬－瀝青混合物制得了中孔活性炭纖維

中孔ACF的制備工藝

催化活化法聚合物混合物或有機物凝膠的直接碳化模板炭化法

催化活化法優(yōu)點：產(chǎn)品中孔發(fā)達，微孔也十分豐富缺點：產(chǎn)品會不可避免地引進不必要的金屬離子抽絲

有機前驅(qū)體預(yù)氧化中孔活性炭纖維炭化、活化高聚物+有機金屬聚合物混合物或有機物凝膠的

直接 碳化1聚合物混合物的直接炭化

兩種或兩種以上的熱穩(wěn)定性不同的聚合物混合（物理或化學混合），然后在高溫下炭化制備ACF。

混合物各成分間的相互作用決定于它的形態(tài)，即混合物是單一形態(tài)的還是相分離結(jié)構(gòu)的

2有機物凝膠的直接炭化

通過熔膠凝膠反應(yīng)制得有機物凝膠，然后在高溫下炭化優(yōu)點：產(chǎn)物孔徑分布均勻，大小容易控制，而且比表面大，吸附性能優(yōu)良缺點：選擇合適的反應(yīng)物及控制反應(yīng)進程比較困難模板炭化法

模板炭化由兩部分組成：

1.有機物在無機物模板的納米微孔中炭化；

2.產(chǎn)物從模板中脫離出來

優(yōu)點：可以從孔徑大小或孔的形狀兩方面來控制炭材料的結(jié)構(gòu)，而且還可控制其宏觀和微觀形態(tài)缺點：除去炭化時所用的模板，成本高又費時創(chuàng)新點

采用在前驅(qū)體中引入無機金屬離子的方法，使其既發(fā)揮催化劑的作用，又充當活化劑，促使產(chǎn)物活性炭纖維中孔的發(fā)育。工作設(shè)想實驗方案：重金屬離子催化活化法工藝流程：原料中間物ACF產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表征性能評價添加金屬離子預(yù)處理炭化活化實驗結(jié)果與討論1.制備工藝對ACF得率的影響：

采用瀝青纖維、粘膠纖維、離子交換樹脂等原料制得一批產(chǎn)品。初步考察了離子濃度、活化溫度、活化時間對產(chǎn)品得率的影響。

實驗號CNiSO4（mol.L-1）活化溫度（℃）活化時間（min）得率①0.016502018.0％②0.017504016.4％③0.058506020.4％④0.056506021.1％⑤0.17504022.5％⑥0.18502022.6％制備條件對粘膠基活性炭纖維產(chǎn)品得率的影響實驗號CNiSO4（mol.L-1）活化溫度（℃）活化時間（min）得率①0.016502016.9％②0.017504020.7％③0.058506025.0％④0.056506028.2％⑤0.17504030.2％⑥0.18502027.5％制備條件對球狀活性炭產(chǎn)品得率的影響小結(jié)1.由②⑤可以看出，離子濃度越高，產(chǎn)品得率越高；2.由③④可以看出，活化溫度越低，產(chǎn)品得率越高；3.由⑤⑥可以看出，活化時間越短，產(chǎn)品得率越高。2.活性炭纖維的孔結(jié)構(gòu)：

水蒸氣活化粘膠基活性碳纖維（VACF）的孔結(jié)構(gòu)

氮吸附等溫線(77K)

中孔分布微分曲線水蒸氣活化瀝青基活性碳纖維（PACF）的孔結(jié)構(gòu)氮吸附等溫線（77K）中孔分布微分曲線

小結(jié)活化時間的影響：活化時間越長，所得產(chǎn)品的孔徑越大，越容易形成中孔ACF3.活性炭纖維的液相吸附性能

亞甲基藍分子式：C16H18N3SCl·3H2O分子量:373.9幾何尺寸(nm):1.44×0.60×0.18實驗方法配制500mg/L的亞甲基藍溶液，以該溶液體積:ACF產(chǎn)品質(zhì)量＝50ml:50mg的比例進行吸附實驗，吸附25h后測定溶液的吸光度變化，從而得出其吸附量多孔炭材料對亞甲基藍吸附量

編號

原料

活化溫度

(℃)活化時間

(min)吸附量

(mg/g)①劍麻基纖維

85050136.1②離子交換樹脂7505070.8③離子交換樹脂8505085.3④粘膠纖維

8502583.4⑤粘膠纖維

8505090.8小結(jié)由上表可以看出：1.劍麻基ACF對亞甲基藍的吸附效果較好，說明其活化效果較好，孔徑相對較大。2.活化溫度越高，時間越長，吸附量越大，說明在較高溫度下，延長活化時間有利于產(chǎn)品孔徑的擴大

ACF的抗菌性能實驗

大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的對比實驗：由左表可知，經(jīng)過24h后，溶液中的大腸桿菌可被載銀ACF完全殺滅；而未載銀ACF對大腸桿菌也表現(xiàn)出良好的吸附特性，表明活性炭纖維的中孔對細菌有強的吸附作用樣品細菌濃度(cfu/mL)原液24小時后SACF5.00×1075×103SACF-AgCl0SACF-AgI0VACF1.5×104VACF-AgCl0VACF-AgI0blank∞ACF抗大腸桿菌活性

ACF抗金黃色葡萄球菌活性

由左表可看出，載銀ACF對溶液中的金黃色葡萄球菌殺滅率可達到100％，而未載銀ACF對其不起作用樣品細菌濃度(cfu/mL)原液24小時后SACF-AgCl1×1070ZCSACF-AgCl0AC-AgCl0SACF-AgI1.6×102SACF∞VACF∞AC∞小結(jié)由上面的分析可以看出：1.載銀活性炭纖維表現(xiàn)出極強的殺菌性能。2.活性炭纖維含有一定量的中孔，因而較大尺寸的細菌也有一定的吸附能力。結(jié)論鎳鹽活化劑濃度對活性炭纖維的得率影響較大，離子濃度越高，產(chǎn)品得率相對較高。控制制備條件，包括延長活