活性炭纤维的防护性能

 

.杨莉¹唐淑娟²万雅波²

(1安徽工程科技学院2长春工业大学艺术设计学院)

编辑：弗艾博纤维技术研究中心

 

 

摘要:活性炭纤维是一种新型的吸附材料,因具有优良的物理化学特性和独特的孔结构，被广泛用于防护材料的制备中。本文将综合论述活性炭纤维的防护性能。

关键词:活性炭纤维  防护性能  防毒  抗菌  核防护

 

 

活性炭纤维(Activated Carbon、Fiber，简称ACF),亦称纤维状活性炭，是利用炭纤维和活性炭技术相结合发展起来的一种新型炭质吸附材料。与活性炭相比，活性炭纤维具有微孔发达、孔径分布窄、比表面积大吸附速度快、滤阻小等特点，因此作为一种新型防护材料被广泛应用。

活性炭纤维具有较优良的吸附性能，可以吸附多种化学物质和微生物,在防护装备中可具体应用其防毒抗菌和核防护性能。

 

1活性炭纤维的防毒性能

 

 

1.1 活性炭纤维的防毒机理

活性炭纤维在防化服中的应用，主要是依靠铺展-防液渗透-吸附的防毒机理(如图1所示)。在防毒的同时,人体产生的汗液蒸气和热量向外散发能满足防护性能与穿着舒适性的基本平衡。

活性炭纤维含有许多不规则结构、杂环结构或含有表面官能团的微结构,具有极大的表面能,也造就了微孔相对孔壁分子共同作用形成强大的分子场，提供了一个吸附态分子物理和化学变化的高压体系,使得吸附质到达吸附位的扩散路径比活性炭短驱动力大且孔径分布集中。由于活性炭纤维是典型的微孔炭,含有大量的微孔,本质上改变了它的吸着性质,微孔中的相对孔壁产生吸附力的迭加，引起微孔内吸附势的增加,因此,微孔中吸附质的量有所增加。

1.2 活性炭纤维在防护装备中的

应用

活性炭很早就被用于防化技术中。1916年,俄国化学家谢林斯基发明了世界上第一个装有活性炭眼窗的防毒面具。但由于颗粒状和粉末状活性炭在振动下易产生装填松动或过分紧密，操作时易形成沟槽和沉降,且本身不能起支架作用，所以,由它们组成的装置较为复杂,在应用中容易散失，不易处理。而活性炭纤维在应用中弥补了这些不足，并能制成纱、线、布或毡等各种形态，给工艺设备的简化和工程上的使用带来了方便。

防护装备按其防护部位通常可将其分为防毒面具和防护服两部分。

防毒面具可分为过滤式和隔绝式两种，活性炭纤维主要用于过滤式防毒面具中。但因体积大而限制了其防毒面具中的应用。这种面具常采用头带加滤毒罐(如图2所示)

去掉了与头盔相连的导气管，这样使防毒面具的吸气阻力降低了约50%,使用时人员呼吸更为顺畅。

防护服按其材料通常可分为:不透气防护服和透气式防护服两种。

不透气防护服主要是利用具有防护任何化学毒剂的片材来制造，但这种防护具有选择性,不能有效地维持防护性能与穿着性能之间的平衡。

透气式防护服就是在防护的过程中，能有效地使人体的汗液和热量向外散发,达到既能防毒,又能散热透气的目的。透气式防护服可分为化学浸渍服和含炭透气服。活性炭纤维是制备含炭透气服的主要材料之一。

活性炭纤维在防护装备中的应用是以活性炭纤维复合织物为含炭层，这种技术采用纤维状活性炭与聚酸织物、聚酯胺织物或棉织物复合，经过阻燃等后处理技术,实现防毒、阻燃、防水、防油、伪装等功能。与其他形态的活性炭相比，纤维状活性炭成型性好，易于制成各种形态的织物，更易于与其他织物的复合,制成的防化服体积小，，便于战争中应用。

 

2活性炭纤维的抗菌性能

在人体皮肤表层上存在着一定量的微生物群。正常情况下皮肤与细菌之间处于比较稳定的微生态系统,但当这种平衡被打破,细菌过量繁殖时,就会导致皮肤感染,引发疾病。

活性炭纤维因其优异的吸附性能微生物易在活性炭纤维上附着,因此可以吸附大量的细菌。但是活性炭纤维织物并不能灭菌，于是利用活性炭纤维的氧化还原特性通过浸渍法、热分解法和混练法等方法制备载银、碘、银/锰等元素粒子的活性炭纤维。

2.1 活性炭纤维的抗菌能力

载银后的活性炭纤维对细菌的吸附数量增加了，这时的载银活性炭纤维对细菌的吸附既有物理吸附,又有化学吸附,但是物理吸附起主导作用。不同种纤维材料所制得的载银活性炭纤维抗菌能力不同，载银剑麻基活性炭纤维的抗菌性能较好,通过磷酸活化法制备的载银活性炭纤维的灭菌能力最强，并且活性炭纤维随着载银量的增大而增强，其次还受活性炭纤维比表面积和银颗粒大小的影响。研究表明，载银活性炭纤维和载碘活性炭纤维在动态条件下,对大肠杆菌杀菌能力达98%，对金黄色葡萄球菌、白色念珠菌.枯草杆菌等杀灭率达100%。

2.2活性炭纤维的抗菌机理

载银活性炭纤维是靠沉积在活性炭纤维上的单质银在水中电离成Ag+,吸附带负电荷的细菌,当细菌表面含量达到一定数量后,便向细菌体内渗透并与蛋白质结合,影响菌体新陈代谢,使细菌死亡,所以银含量增加将有助于灭菌率提高。

载碘活性炭纤维灭菌是靠碘直接卤化菌体蛋白质，产生沉淀使细菌死亡。而载银/锰金属元素的活性炭纤维具有抗菌除臭功能。活性炭纤维除可防御常规细菌外,还可以防御空气中传播的细菌。

据外国新闻媒介报道，美国发明了一种吸附效果超强的活性炭纤维,可以防御空气中传播的细菌和神经毒气炭疽菌等。医务人员的普通口罩只能防尘，无法达到对飞沫传播、空气传播的病毒的防护(5μum以上的微粒称飞沫传播,5 μm以下的微粒称空气传播) ,因此可采用活性炭纤维作为防护材料。

 

3活性炭纤维的核防护性能

活性炭纤维对化学物质及化学辐射具有高效的吸附特性，因此还可用于制成防辐射的防护服和核电站的防护材料。

在核工厂、有高压电子设备以及X射线的环境中,需要特殊的能够防射线的防护服。这种防护服一般采用共聚物涂层，但为了提高舒适性,使人体产生的汗气能通过服装散发出去,现在核防护服中加入一定比例的活性炭纤维。

活性炭纤维还可用于监测全球大气中133 Xe的活度变化。放射性稀有气体133 Xe是由核反应产生的裂变产物，由于大气中氙气含量很低,因此通过监测发现可能存在的核事件,这主要是利用活性炭纤维中的微孔的狭窄分布对放射性气体(氙)有较高的吸附热。同时它还可以用于核废气净化和核电站防护材料等方面。如气相的放射性碘,由于分子体积小，难于吸附,现可利用活性炭纤维的氧化还原性能,将能与碘的同位素反应的物质(碘化钾)添载到活性炭纤维上来除去放射性气体中的碘。

 

4结束语

活性炭纤维是一种高性能的防护吸附材料,随着科技的进步，活性炭纤维性能将有更大的改善，与其他材料复合后将在防护装备中有更加广阔的发展空间。

 

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