一种高吸油聚丙烯腈中空活性碳纤维及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于功能材料技术领域，具体涉及一种高吸油聚丙烯腈中空活性碳纤维及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 由于石油开采力度以及消耗量进一步加大，原油泄漏及废油处理的问题也日趋严 峻，这些溢油形成油膜覆盖在水面上，不但浪费了珍贵的石油资源，还对水体生物造成严重 的危害。若不及时处理，会对生态环境和人类健康带来重大的危害。传统吸油材料吸油种类 单一、吸油量不大、油水选择性不高、吸油后保油性差、回收不方便等缺点使它们的应用受 到限制，高吸油材料属于近年来发展较快的用于处理含油废水的新型功能高分子材料，由 于具有高吸油能力、良好的亲油疏水性、密度小、可重复使用等优点，成为迄今为止对油类 进行回收高效、经济、便于推广使用的方法。
[0003] 目前研究较多的高吸油材料主要有以橡胶为基体，以加工或聚合方法制备的橡胶 类吸油材料；以长链丙烯酸酯或烯烃为单体，利用聚合的方法制备的树脂类吸油材料；以及 碳纳米管、静电纺丝纤维等新型吸油材料。中国专利CN103145118A公开了一种三维互通大 孔石墨烯高效吸油材料的制备方法，并通过控制加入的聚苯乙烯微球粒径和加入量，控制 石墨烯高效吸油材料的孔径和孔隙率。但此方法制备的材料孔隙较大，结构较为脆弱，容易 塌陷，重复使用率较低。中国专利CN200610051830.2以乙烯基单体和丙烯酸酯类单体为基 体，通过加入物理交联剂、化学交联剂和乳化剂，在惰性气体保护下聚合反应制备可重复使 用的高吸油树脂，该专利生产工艺成本较高且需在氮气的保护下进行，因此可能造成生产 装置复杂。
[0004] 碳纤维纳米材料是由多层石墨片卷曲而成的纤维状纳米炭材料，是介于碳纳米管 和普通碳纤维之间的一种新型碳材料，具有优异的物理、力学性能和化学稳定性，且表面具 有大量的梭基、环氧基、羟基、等有机基团，具有潜在的高吸油性能。
【发明内容】
[0005] 为了解决以上现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种可重 复使用的高吸油碳纤维复合材料的制备方法。
[0006] 本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的可重复使用的高吸油 碳纤维复合材料。
[0007] 本发明目的通过以下技术方案实现：
[0008] -种高吸油聚丙烯腈中空活性碳纤维的制备方法，包括以下制备步骤：
[0009] (1)将聚丙烯腈溶解于DMF(N，N-二甲基甲酰胺）中，得到聚丙烯腈/DMF溶液，将聚 丙烯腈/DMF溶液脱气后进行干-湿法纺丝，清洗除去溶剂后干燥，得到聚丙烯腈中空纤维； [0010] (2)将聚丙烯腈中空纤维编织成网，并剪裁成块，然后在去离子水中浸泡预处理； [0011] (3)将预处理后的聚丙烯腈中空纤维在烧结炉中升温至230~250°C预氧化1~3h， 然后在氮气气氛下升温至550~600°C炭化1~1.5h，最后在二氧化碳气氛中升温至800~ ll〇〇°C活化1~4h，得到高吸油聚丙烯腈中空活性碳纤维。
[0012] 步骤(1)中所述的脱气可通过真空脱气或静置的方式实现。
[0013] 优选地，步骤（1)中所述干-湿法纺丝的具体条件如下：在60°C下通过插入式喷丝 板进行干-湿法纺丝，芯液为纯水，喷丝板距离凝固液的距离20cm，凝固液为DMF与水的质量 比为1:1的混合液，拉伸速度100~120米/分钟。
[0014] 优选地，步骤(1)中所述的清洗是指依次用纯水和乙醇进行清洗;所述的干燥是指 在80°C温度下干燥。
[0015] 优选地，步骤（1)中所得聚丙烯腈中空纤维的内径为0.2~0.3mm，外径为0.4~ 0.5mm〇
[0016] 优选地，步骤(2)中所述裁剪成块是指剪裁成长3~5cm、宽3~5cm的小块;所述的 浸泡预处理是指在50°C去离子水中浸泡40~48h。
[0017] 优选地，步骤(3)中所述升温的速率为5°C/min。
[0018] 优选地，步骤(3)中所述预氧化的温度为250°C，预氧化时间为2h;所述炭化温度为 600°C，炭化时间为lh;所述活化温度为900°C，活化时间为3h。
[0019] -种高吸油聚丙烯腈中空活性碳纤维，通过以上方法制备得到。
[0020] 相对于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：
[0021 ] (1)本发明制备的中空纤维内径0 · 2~0 · 3mm，外径0 · 4~0 · 5mm;所得聚丙稀腈中空 活性碳纤维吸油倍率高，可吸附自身重量的6~10倍的油，吸附容量大；
[0022] (2)本发明制备的高吸油聚丙烯腈中空活性碳纤维，对于油/水体系中油进行选择 性吸附，相对于单纯的油类体系，吸附油的倍数更高，可提高1~2倍；
[0023] (3)本发明的聚丙烯腈中空活性碳纤维在吸附油后，通过挤压回收油类物质;使用 后可通过燃烧进行能源利用的同时，实现吸油材料的吸油性的彻底恢复，可多次循环使用， 达到节省材料目的；
[0024] (4)本发明的原料比较容易获得，制备的中空活性碳纤维具有低密度、高比表面积 的特性，吸油后材料易于回收和重新利用，无二次污染等优点；
[0025] (5)本发明的产物可广泛运用到原油泄漏处理、废油回收、浮油处理等行业，使用 范围广，市场前景好。
【附图说明】
[0026] 图1为本发明实施例1所得聚丙烯腈中空活性碳纤维的扫描电镜图；
[0027] 图2和图3分别为实施例1制得的预氧化聚丙烯腈中空纤维(a)、炭化聚丙烯腈中空 纤维(b)和活化后得到的聚丙烯腈中空活性碳纤维(c)的红外光谱图和拉曼光谱图；
[0028] 图4为本发明实施例1所得聚丙烯腈中空活性碳纤维对常见植物油、动物油、真空 油和凡士林的吸油倍率测试结果图。
【具体实施方式】
[0029]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。
[0030] 实施例1
[0031] (1)聚丙烯腈中空纤维的制备:将250克聚丙烯腈溶解于750克DMF(N，N-二甲基甲 酰胺）中，在60~80°C下搅拌，形成25% (质量比）的聚丙烯腈/DMF溶液，真空脱气6h后，静置 24h，然后在60°C下通过插入式喷丝板进行干-湿法纺丝。芯液为纯水，喷丝板距离凝固液的 距离20cm，凝固液为溶剂与水的混合液(DMF:水=1:1，质量比），拉伸速度100米/分钟。通过 以上干-湿法获得新生的聚丙烯腈中空纤维，再经过纯水清洗除去溶剂，然后，经过乙醇清 洗后，在80°C下干燥成聚丙烯腈中空纤维，制备的中空纤维内径0.3_，外径0.5_。
[0032] (2)将聚丙烯腈中空纤维剪用纤维编织机编织成网，并裁剪成长3cm、宽3cm的小 块，在50°C去离子水中浸泡40h预处理，以除去表面的其他助剂。
[0033] (3)将预处理后的聚丙烯中空纤维在真空管式烧结炉中以5°C/min的升温速率升 温至250°C预氧化2h，然后在氮气气氛下升温至600°C炭化lh，最后在二氧化碳气氛中升温 至900°C活化