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(bào)告人：歐陽潔瑜指導(dǎo)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(diǎn)成型性好、耐酸堿、導(dǎo)電性和化學(xué)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(xué)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(jìn)展

及應(yīng)用背景

設(shè)計(jì)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(jī)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(jī)物凝膠的直接碳化模板炭化法

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

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

通過熔膠凝膠反應(yīng)制得有機(jī)物凝膠，然后在高溫下炭化優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：選擇合適的反應(yīng)物及控制反應(yīng)進(jìn)程比較困難模板炭化法

模板炭化由兩部分組成：

1.有機(jī)物在無機(jī)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(diǎn)：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(diǎn)：除去炭化時(shí)所用的模板，成本高又費(fèi)時(shí)創(chuàng)新點(diǎn)

采用在前驅(qū)體中引入無機(jī)金屬離子的方法，使其既發(fā)揮催化劑的作用，又充當(dāng)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(shí)驗(yàn)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(píng)價(jià)添加金屬離子預(yù)處理炭化活化實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論1.制備工藝對(duì)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(shí)間對(duì)產(chǎn)品得率的影響。

實(shí)驗(yàn)號(hào)CNiSO4（mol.L-1）活化溫度（℃）活化時(shí)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(duì)粘膠基活性炭纖維產(chǎn)品得率的影響實(shí)驗(yàn)號(hào)CNiSO4（mol.L-1）活化溫度（℃）活化時(shí)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(duì)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(shí)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(shí)間的影響：活化時(shí)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(lán)分子式：C16H18N3SCl·3H2O分子量:373.9幾何尺寸(nm):1.44×0.60×0.18實(shí)驗(yàn)方法配制500mg/L的亞甲基藍(lán)溶液，以該溶液體積:ACF產(chǎn)品質(zhì)量＝50ml:50mg的比例進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，吸附25h后測(cè)定溶液的吸光度變化，從而得出其吸附量多孔炭材料對(duì)亞甲基藍(lán)吸附量

編號(hào)

原料

活化溫度

(℃)活化時(shí)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(duì)亞甲基藍(lán)的吸附效果較好，說明其活化效果較好，孔徑相對(duì)較大。2.活化溫度越高，時(shí)間越長，吸附量越大，說明在較高溫度下，延長活化時(shí)間有利于產(chǎn)品孔徑的擴(kuò)大

ACF的抗菌性能實(shí)驗(yàn)

大腸桿菌與金黃色葡萄球菌的對(duì)比實(shí)驗(yàn)：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(duì)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(duì)細(xì)菌有強(qiáng)的吸附作用樣品細(xì)菌濃度(cfu/mL)原液24小時(shí)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(duì)溶液中的金黃色葡萄球菌殺滅率可達(dá)到100％，而未載銀ACF對(duì)其不起作用樣品細(xì)菌濃度(cfu/mL)原液24小時(shí)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(qiáng)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(xì)菌也有一定的吸附能力。結(jié)論鎳鹽活化劑濃度對(duì)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(duì)較高。控制制備條件，包括延長活