活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭光敏复合纤维用于溢油清洗

　　溢油对开阔水域的污染日益严重，一直是研究油污清洁技术的驱动力之一。由收获可见光光谱能量的有机物的光催化分解提供了控制油溢出污染的一种独特方式。本次的内容涉及制备具有大表面积的功能性复合活性炭纤维用于溢油清洗。复合纤维由光敏氧化物颗粒和活性炭组成。它是通过共纺聚合物和金属化合物制成的。在高温热处理后，得到含有氧化物颗粒的活性炭纤维。

　　复合碳纤维的形态

　　首先通过反应纺丝制备含TiO2颗粒的活性炭纤维，通过在含氮气氛中的高温处理来进行粒子的掺杂。然后，将复合活性炭用载玻片或铝板固定，形成吸油试验片。通过SEM检查含有氧化钛颗粒的复合活性炭。从图1a可以看出，氧化物纳米颗粒嵌入到微米和纳米纤维的活性炭中。纳米粒子不是簇状的。相反，可以发现纳米颗粒在纤维中的分布非常均匀。还研究了增加颗粒负载剂量。氧化物颗粒形成前体的浓度是影响所制备材料最终形态的重要参数。在图1b中，碳纤维的尺寸发生了显着变化。这表明加工参数会影响热处理纤维的形态。

　　图1：不同尺寸的氧化物颗粒/纤维(a)和复合纤维(b)的SEM图像。

　　复合活性炭纤维的光敏性

　　对含二氧化钛的碳纤维复合材料进行了光敏性测试。荧光灯管用于产生可见光。电化学工作站用于记录光子电压响应数据。将复合碳纤维置于透明载玻片上，并使用铝箔条形成导电路径。将光源控制为“开”5秒，然后“关”5秒。得到的测试结果如图2所示。曲线如图2，发现该纤维样品所具有半导体行为。当可见灯泡切换到“开”位置时，光照导致阳极产生电子，电压变得更负。然而，当灯“关闭”时，发现电压出现正浪涌，如图2a所示。这种n型行为与在活性炭化纤维中添加钴掺杂的钛基氧化物颗粒有关。如果没有钴此外，光敏性是没有那么强，如图2阳极处的光子感应电压不是那么稳定，这也显示在图2b中，基线漂移较大。

　　图2：含钛酸钴(II)颗粒的复合活性炭(a)和含二氧化钛颗粒的复合碳纤维(b)的开路电压。

　　活性炭对溢油的清洁性能

　　为了评估活性炭纳米纤维样品的溢油清洁性能，进行了植物油的去除。植物油的吸收结果如图3所示。检查了各种样品中油的时间依赖性润湿性。在六个样品上设置油滴，包括两个钛箔条(纯钛和具有纳米管表面涂层的钛)，两个活性炭样品(热处理前的和热处理后的)，以及两个载玻片作为对照样品。六种测试材料的吸油行为随时间而变化。在图3中a，b，六个试样按以下相同顺序排列。从最上面看，它是纯钛样品。纯钛之后是热处理的二氧化钛纳米管样品。然后逆时针，可以找到白色未经热处理的二氧化钛纳米纤维样品。热处理的钛酸钴(II)纳米纤维呈现淡绿色。其余的标本是干净的载玻片。在图3a中，可以看出油在经过热处理的活性炭纳米纤维样品上的扩散最多。油滴立即被活性炭纳米纤维吸收。在干净的玻璃杯上，油滴完好无损。在图3b，更明显地表明，经过热处理的活性炭纳米纤维样品油扩散得最多，其次是钛纳米管样品、未热处理的二氧化钛纳米纤维样品、纯钛，最后是干净的玻璃。

　　图3：暴露在阳光下10分钟(a)和暴露20分钟(b)后载玻片上的油滴照片。

　　根据上述图3a、b中的照片显示的结果，可以得出结论，含二氧化钛的活性炭样品具有良好的吸油和清洁能力。该纤维还擅长去除油脂。在每次测量后的六个测试样品中，油散布最多的是活性炭样品。这种行为有利于清洁油。它也可用于生物消毒，因为二氧化钛已被广泛用作消毒剂。这种复合活性炭不仅用于最初提出的溢油清洁，而且还用作可穿戴技术以及微型和纳米机器人的原材料。

　　在图4中，显示了使用数码相机拍摄的两张照片。从照片中可以看出，两片载有钛金属氧化物颗粒的活性炭垫被放置在一张蓝色纸上。垫子由相同的含有钛酸钴(II)颗粒的活性炭制成。照片的左侧显示了直径为8毫米的水滴停留在复合碳纤维垫上，没有任何润湿纤维。图片右侧显示，一滴溢出的油滴瞬间被纤维毛吸收，在阳光下逐渐被去除。这揭示了复合活性炭纤维的疏水和亲油行为。

　　图4：显示活性炭复合纤维疏水和亲油行为的照片。

　　活性炭光敏复合纤维用于溢油清洗，这种活性炭复合纤维由氧化物颗粒加活性炭组成。含有钛酸钴(II)颗粒的活性炭复合纤维表现出感光性能。发现共静电纺聚合物和产生氧化物的物质可以促进产生的颗粒在活性炭中的均匀分散。该纤维还表现出吸油和清洁所需的高表面积。具体而言，二氧化钛纳米粒子通过静电纺丝过程中有机金属化合物的水解原位制备。钛酸钴(II)颗粒在保护气氛中的高温退火过程中原位生成。活性炭复合纤维垫在可见光谱中表现出光敏性。由于疏水和亲油行为，活性炭复合纤维垫在溢出的油吸收和清洁方面是有效的。

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