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活性炭纤维及其在空气净化机中的应用蔡来胜，刘春雁，刘刚（东华大学环境学院，上海200051）的臭氧以及室内的二氧化碳有很好的去除效果。
是20世纪70年代以来在活性炭的基础上开发的新型炭材料。它以木质素、纤维素、酚醛纤维、聚丙烯纤维、沥青纤维等为原料，经炭化和活化制得。相比于粉状活性炭（PAC）、粒状活性炭（GAC）以及活性炭粒子热熔或粘附在玻璃纤维或有机纤维上的纤维活性炭（FAC），ACF比表面积大、微孔丰富、孔径小而均匀、吸附量大、吸附速度快、再生容易、工艺灵活性大（可制成纱、布、毡和纸等制品）以及具有不易粉化和沉降等特点111.目前ACF己广泛应用于化学工业、环境保护、辐射防护、电子工业、医用、食品卫生等行业。广泛应用的空气净化机的出风口前，基本都安装了ACF过滤器。带ACF的净化机能有效地去除大多数的有机污染物、氨、硫化物和放射性气体氡，经过特殊处理的ACF能够除掉静电场产生的臭氧，降低室内二氧化碳的含量，除掉各种异味，达到调控空气品质的作用。
1ACF的结构及性能ACF的灰份低，其主要元素是碳，碳原子在ACF中以类石墨微晶的乱层堆叠形式存在，三维空间有序性较差，经活化后生成的孔隙中，90%以上为微孔，这就为ACF提供了大量内表面积121.ACF和普通活性炭孔隙结构模型见。
ACF和普通活性炭孔隙结构模型ACF不仅具有较大的外表面积，而且大量微孔都开口在纤维表面，在吸附和解吸过程中，分子吸附的途径短，吸附质可以直接进入微孔，这为ACF的快速吸附，有效地利用微孔提供了条件。而活性炭需要经过由大孔、过渡孔构成的较长吸附通道。ACF孔隙结构另一特点是孔径分布狭窄，而且比较均匀，暴露在纤维表面的大部分是2nm左右的微孔。ACF的比表面积是GAC的数倍，可吸附处理低浓度废气或具有高活性的物质。表1是某12―10；修订日期：2003*02-18：蔡来胜（1979―）男，安徽省安庆市人，现为东华大学（原中国纺织大学）环境学院在读硕士研宄生，主攻方向为室内空气品质调控机的研宄。
公司生产的各种ACF的结构性能131.表1各种ACF和GAC的性能比较种类纤维直径比表面积外表面积微孔容积平均孔径抗张强度酚醛基ACF粘胶基ACF聚丙烯腈基ACF沥青基ACF颗粒活性炭ACF不仅具有吸附量大，还具有吸附和脱附速度快、对低浓度物质有很好的吸附能力、吸附层薄等优点。
ACF的表面含有一系列活性官能团，主要是含氧官能团，如羟基、羰基、羧基、内酯基等。有的ACF还含有胺基、亚胺基以及磺酸基等官能团，ACF表面官能团对吸附有明显的影响14. ACF具有发达的微孔结构，对有机化合物蒸汽有较大的吸附量，对一些恶臭物质，如正丁基硫醇等吸附量比GAC大几倍、甚至几十倍。对无机气等也有很好的吸附能力。对水溶液中的无机化合物、染料、苯酸等有机化合物及贵重金属离子的吸附量也比GAC高，有的高5 ~6倍。对微生物及细菌也有良好的吸附能力，例如对大肠杆菌的吸附率可达94%~99%表2是ACF和GAC在20°C饱和蒸汽压下对挥发性有机化合物（VOC）的吸附量12，由于室内通常存在各种不同的有机化合物，所以在空气净化机上安装ACF可有效地改善室内空气品质。
反渗透纯净水设备表2 ACF和GAC对挥发性有机化合物（VOC）的吸附量被吸附物质毡状ACF质量分数/%普通GAC质量分数/%丁基硫醇二甲基硫三甲胺苯甲苯丙酮三氯乙烯苯乙烯乙醛四氯乙烯甲醛2ACF在空气净化机中的应用当今对室内空气质量己提到很高的地位，常规通风技术己达不到室内空气质量标准的要求，空气净化机是理想的室内空气净化设备，是改善室内空气质量、创造健康舒适的办公和居室环境十分有效的方法，在冬季供暖、夏季使用空调期间效果更为显著。使用特殊化学浸渍工艺制成的复合ACF能有效地去除空气中的CO、C2、3及苯类等多种有害气体151. 2.1空气净化机的结构静电式空气净化机如所示，聚丙烯腈基活性炭纤维（PAN―ACF）过滤段在净化机中扮演了重要角色。
2.2ACF对O3的去除效果3具有很强的氧化和杀菌能力，能很好地杀菌除臭，是一种有害的气体污染物，并有腥臭味。指出3质量浓度在0.lmg/n3时，可引起鼻和喉头的粘膜受刺激；在0. 1~0.2mgin3时引起哮喘发作，导致上呼吸道疾病恶化，同时刺激眼睛，使视觉敏感度和视力降低；在2mg/m3以上可引起头痛、胸痛、思维能力下降，严重时可导致肺气肿和肺水肿。卫生防疫和环境保护部门要求室内空气净化机产生的3质量浓度必须低于0.达此目的，通常要降低室内空气净化机的运行电压，从而也降低了净化效率6.所以如何降低以及有效地除去静电场产生的3是净化机向市场推广的关键。
利用所示的样机进行测试ACF对3的吸附分解能力。风量分别为800、1200m3 /，室内为18C，相对湿度为60%，开机10min后，在离出口不同距离处进行气体采样，用722型分光光度计测量3质量浓度。不用ACF时的测量结果见，表明静电场产生的3量大大超过了人体健康的限定值，装上ACF后测试的结果见。表明经过ACF处理的空气，其3含量低于0.1mg/m3，满足室内人体的健康要求。
图的除菌率仍能达到98%.通常认为静电场产生的高浓度正离子是杀菌的主要原因，认为带负电的细菌在高浓度、高能量的正离子浸润作用下，会迅速发生电解过全自动软化水设备程，细菌的细胞壁遭到严重破坏171，但这一理论目前还没有得到证实，电场杀菌的真正机理还有待研究。笔者认为电场产生的3在杀菌的过程中也起到了重要作用，究竟两者影响如何还需试验取证。但不管如何，ACF是目前除去3的*好方法之一。
2.3ACF对C2的去除效果人体产生*多的污染物质是C02，约占人体呼出气体中的4%.人体呼出的C2量与用于肺中的02量之比并非为1，正如预料的，该比值在0.7~1.0之间。C2本身无毒，如果浓度很高时也会对人产生伤害。当体积分数比达到0. 07%时，体内排出的如氨、二乙氨、甲酸等污染气体也相应达到一定的浓度，敏感者会有所感觉。所以C2可作为室内空气清洁状况的评价指标，一般要求不超过0.07%.当C2体积分数达到0.1%时，多数人会感觉不舒服；达1%时，人的呼吸深度有所加；2%时，人的呼吸量加了30%；3%时，呼吸深度加一倍，呼吸次数开始显著加；3%~5%时，由于呼吸作用的加强，引起人体的不适，并产生严重的头痛、头晕、耳鸣、眼花和血压升高；人在5%C2浓度下停留30min时，将会产生中毒症状和精神抑郁；10%左右时，呼吸困难、全身无力、肌肉抽搐，神智由兴奋到丧失，几分钟后即失去知觉；30%时，可出现死亡18.由于多数种类的ACF对C2几乎没有吸附作用，现在市售的空气净化机基本对C2没有消除能力，甚至当净化机开启后，⑴2的含量还可能升高，是否高压静电场或者3将CO氧化成C02还未确定。所以制造能够吸附室内C02且价格又便宜的ACF是目前研究人员的关注点。
2.3.1试验结果在一个5mX5mX4m的房间内，笔者利用人工污染的方法将室内C2的体积分数从0.03%提高到0.14%，利用GXH*305型便携式红外线C2分析仪测量C2的体积分数，房间封闭，室内有吊扇促使空气流动，净化机的风量为800m3h每隔2min测量一次C2的含量变化，测试结果示于。由可以看出该净化机对C2有很好的净化作用，在30min内，能将封闭室内C2的浓度降到低于室外空气中的C2浓度的2.3.2理论分析由上述试验，基于质量守恒定律，假设CO2和室内空气能瞬间完全混合，室内无送、排风，可得到针对C02的浓度方程式C2含量为可接受量时所需的时间方程式为C0―室内初始C2/%；n*复合ACF对C2过滤效率；V―房间体积/m3；*室内CO2含量可接受的所需时间/d复合ACF对CO2的除去效率和时间近似呈指数关系，根据试验值得到此复合ACF去除CO2效率的近似拟合公式n=0.9exp（―0. 004t）t的单位为“d*.由此式得出此复合纤维100d后对CO2仍有60%的除去效率。
室内两个测试人员每人的C2发生量为10一3m3/s，所得到的理论⑴2质量浓度变化见所示。实测值和理论值的浓度下降趋势基本相同。
室内CO2体积分数随时间的变化2.4复合ACF对其它有害气体的净化及再生的测试结果表明ACF对甲苯、氨、甲醛、二氧化硫、氮氧化物、硫化氢以及多种挥发性有机化合物（VOC）都有很好的吸附效果。
ACF的再生条件不苛刻，因它的碳含量高，具有导电特性，利用这一特性可以直接通电再生，也可用100 *C以上的热蒸汽或热空气，再生速度快13，利用100*C的热水简单地进行2~3次，30min处理就可达到完全再生。这样，ACF可以再生使用几十次，从而降低了成本，然后再补充碱性物质。
3结论ACF是一种用途广泛、**前景的新材料。我国目前的ACF生产和开发还处于初始阶段，建议：降低ACF的生产成本及价格；改进ACF的炭化活化工艺和设备，通过预处理或后处理改善ACF的表面结构和性能，研究ACF的深加工技术，使之适合应用要求；充分利用ACF优异的吸附性能，发展它对废气和废水的处理新工艺；扩展ACF的应用领域'文中涉及的ACF在净化机中的应用是一个渐进成熟的行业，由于复合ACF能够去除3、C2等多种气体，所以促使静电净化机能迅速应用到民用建筑以及应用于有人场合的医院病房、手术室等，大大改善室内空气品质。
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