活性炭纖維的防護性能

 

.楊莉¹唐淑娟²萬雅波²

(1安徽工程科技學院2長春工業大學藝術設計學院)

編輯：弗艾博纖維技術研究中心

 

 

摘要:活性炭纖維是一種新型的吸附材料,因具有優良的物理化學特性和獨特的孔結構，被廣泛用于防護材料的制備中。本文將綜合論述活性炭纖維的防護性能。

關鍵詞:活性炭纖維  防護性能  防毒  抗菌  核防護

 

 

活性炭纖維(Activated Carbon、Fiber，簡稱ACF),亦稱纖維狀活性炭，是利用炭纖維和活性炭技術相結合發展起來的一種新型炭質吸附材料。與活性炭相比，活性炭纖維具有微孔發達、孔徑分布窄、比表面積大吸附速度快、濾阻小等特點，因此作爲一種新型防護材料被廣泛應用。

活性炭纖維具有較優良的吸附性能，可以吸附多種化學物質和微生物,在防護裝備中可具體應用其防毒抗菌和核防護性能。

 

1活性炭纖維的防毒性能

 

 

1.1 活性炭纖維的防毒機理

活性炭纖維在防化服中的應用，主要是依靠鋪展-防液滲透-吸附的防毒機理(如圖1所示)。在防毒的同時,人體產生的汗液蒸氣和熱量向外散發能滿足防護性能與穿着舒適性的基本平衡。

活性炭纖維含有許多不規則結構、雜環結構或含有表面官能團的微結構,具有極大的表面能,也造就了微孔相對孔壁分子共同作用形成強大的分子場，提供了一個吸附態分子物理和化學變化的高壓體系,使得吸附質到達吸附位的擴散路徑比活性炭短驅動力大且孔徑分布集中。由于活性炭纖維是典型的微孔炭,含有大量的微孔,本質上改變了它的吸着性質,微孔中的相對孔壁產生吸附力的叠加，引起微孔內吸附勢的增加,因此,微孔中吸附質的量有所增加。

1.2 活性炭纖維在防護裝備中的

應用

活性炭很早就被用于防化技術中。1916年,俄國化學家謝林斯基發明了世界上第一個裝有活性炭眼窗的防毒面具。但由于顆粒狀和粉末狀活性炭在振動下易產生裝填松動或過分緊密，操作時易形成溝槽和沉降,且本身不能起支架作用，所以,由它們組成的裝置較爲複雜,在應用中容易散失，不易處理。而活性炭纖維在應用中彌補了這些不足，並能制成紗、線、布或毡等各種形態，給工藝設備的簡化和工程上的使用帶來了方便。

防護裝備按其防護部位通常可將其分爲防毒面具和防護服兩部分。

防毒面具可分爲過濾式和隔絕式兩種，活性炭纖維主要用于過濾式防毒面具中。但因體積大而限制了其防毒面具中的應用。這種面具常采用頭帶加濾毒罐(如圖2所示)

去掉了與頭盔相連的導氣管，這樣使防毒面具的吸氣阻力降低了約50%,使用時人員呼吸更爲順暢。

防護服按其材料通常可分爲:不透氣防護服和透氣式防護服兩種。

不透氣防護服主要是利用具有防護任何化學毒劑的片材來制造，但這種防護具有選擇性,不能有效地維持防護性能與穿着性能之間的平衡。

透氣式防護服就是在防護的過程中，能有效地使人體的汗液和熱量向外散發,達到既能防毒,又能散熱透氣的目的。透氣式防護服可分爲化學浸渍服和含炭透氣服。活性炭纖維是制備含炭透氣服的主要材料之一。

活性炭纖維在防護裝備中的應用是以活性炭纖維複合織物爲含炭層，這種技術采用纖維狀活性炭與聚酸織物、聚酯胺織物或棉織物複合，經過阻燃等後處理技術,實現防毒、阻燃、防水、防油、僞裝等功能。與其他形態的活性炭相比，纖維狀活性炭成型性好，易于制成各種形態的織物，更易于與其他織物的複合,制成的防化服體積小，，便于戰爭中應用。

 

2活性炭纖維的抗菌性能

在人體皮膚表層上存在着一定量的微生物群。正常情況下皮膚與細菌之間處于比較穩定的微生態系統,但當這種平衡被打破,細菌過量繁殖時,就會導致皮膚感染,引發疾病。

活性炭纖維因其優異的吸附性能微生物易在活性炭纖維上附着,因此可以吸附大量的細菌。但是活性炭纖維織物並不能滅菌，于是利用活性炭纖維的氧化還原特性通過浸渍法、熱分解法和混練法等方法制備載銀、碘、銀/錳等元素粒子的活性炭纖維。

2.1 活性炭纖維的抗菌能力

載銀後的活性炭纖維對細菌的吸附數量增加了，這時的載銀活性炭纖維對細菌的吸附既有物理吸附,又有化學吸附,但是物理吸附起主導作用。不同種纖維材料所制得的載銀活性炭纖維抗菌能力不同，載銀劍麻基活性炭纖維的抗菌性能較好,通過磷酸活化法制備的載銀活性炭纖維的滅菌能力最強，並且活性炭纖維隨着載銀量的增大而增強，其次還受活性炭纖維比表面積和銀顆粒大小的影響。研究表明，載銀活性炭纖維和載碘活性炭纖維在動態條件下,對大腸杆菌殺菌能力達98%，對金黃色葡萄球菌、白色念珠菌.枯草杆菌等殺滅率達100%。

2.2活性炭纖維的抗菌機理

載銀活性炭纖維是靠沉積在活性炭纖維上的單質銀在水中電離成Ag+,吸附帶負電荷的細菌,當細菌表面含量達到一定數量後,便向細菌體內滲透並與蛋白質結合,影響菌體新陳代謝,使細菌死亡,所以銀含量增加將有助于滅菌率提高。

載碘活性炭纖維滅菌是靠碘直接鹵化菌體蛋白質，產生沉澱使細菌死亡。而載銀/錳金屬元素的活性炭纖維具有抗菌除臭功能。活性炭纖維除可防禦常規細菌外,還可以防禦空氣中傳播的細菌。

據外國及时新聞媒介報道，美國發明了一種吸附效果超強的活性炭纖維,可以防禦空氣中傳播的細菌和神經毒氣炭疽菌等。醫務人員的普通口罩只能防塵，無法達到對飛沫傳播、空氣傳播的病毒的防護(5μum以上的微粒稱飛沫傳播,5 μm以下的微粒稱空氣傳播) ,因此可采用活性炭纖維作爲防護材料。

 

3活性炭纖維的核防護性能

活性炭纖維對化學物質及化學輻射具有高效的吸附特性，因此還可用于制成防輻射的防護服和核電站的防護材料。

在核工廠、有高壓電子設備以及X射線的環境中,需要特殊的能夠防射線的防護服。這種防護服一般采用共聚物塗層，但爲了提高舒適性,使人體產生的汗氣能通過服裝散發出去,現在核防護服中加入一定比例的活性炭纖維。

活性炭纖維還可用于監測全球大氣中133 Xe的活度變化。放射性稀有氣體133 Xe是由核反應產生的裂變產物，由于大氣中氙氣含量很低,因此通過監測發現可能存在的核事件,這主要是利用活性炭纖維中的微孔的狹窄分布對放射性氣體(氙)有較高的吸附熱。同時它還可以用于核廢氣淨化和核電站防護材料等方面。如氣相的放射性碘,由于分子體積小，難于吸附,現可利用活性炭纖維的氧化還原性能,將能與碘的同位素反應的物質(碘化鉀)添載到活性炭纖維上來除去放射性氣體中的碘。

 

4結束語

活性炭纖維是一種高性能的防護吸附材料,隨着科技的進步，活性炭纖維性能將有更大的改善，與其他材料複合後將在防護裝備中有更加廣闊的發展空間。

 

參考文獻

1. 馬繼東.生化武器與秘密戰爭[M].北京:解放軍文藝出版社,2002

2.方華，侯麗麗，王爾爲.外軍的化學武器防護裝備U]. 現化軍事,2003(2)

3. Jjfang Wu. Lars -Gunnar Ham-marstrorm Ola Classon Ingrid Fang-mark.The influence of physico -chemical properties of VOLs on theactivated carbon adsorption capacity

4.陳焕祺，于萬樵等.美軍防化服[J].兵器知識, 2003(5)

5.康白.微生態學[M].大連:大連出版社，1988

6.萬怡灶等.載銀活性碳纖維對大腸杆菌吸附作用的研究[].環境科學學報, 1999, 19(3)

7.曾戎，嶽中仁，曾漢民.活性炭纖維表面結構及其吸附銀機理研究[J].合成纖維工業, 1998,21(4)

8.陳水挟，劉進榮，曾漢民.幾類載銀活性炭纖維抗菌活性的比較[J].新型炭材料,2002,11(1)

9.朱征,具有滅菌功能活性碳纖維的研究[].離子交換與吸附,1995,11(3)

10.張建春.超微細纖維及防非典口罩的研制[J]. 中國衛生質量管理，2003(3)