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首页 / 专利分类库 / 天然或化学的线或纤维；纺纱或纺丝 / 制作人造长丝，线，纤维，鬃或带子的化学特征； 专用于生产碳纤维的设备 / 人造长丝或类似物在制造过程中的化学后处理 / .碳素的 / ..通过物理化学方法 / 一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺

一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺
申请号 CN202311202308.X 申请日 2023-09-18 公开(公告)号 CN117225366A 公开(公告)日 2023-12-15
申请人 安徽新聚碳纤维有限公司; 发明人 吴天添; 徐星宇; 徐月飞;
摘要 本 发明 涉及 碳 素制品预处理改善工艺技术领域，且公开了一种除去 水 中 放射性 物质的离子活性碳 纤维 工艺，包括以下步骤：预处理浸渍液配置；预处理浸渍液配置中包括浸渍液a与浸渍液b，原料毡浸渍预处理；预 氧 化过程；高温水蒸气加 磷酸 活化法；该除去水中放射性物质的离子活性 碳纤维 工艺，通过添载以硫为主要成分的化学药品的离子 活性炭 纤维，用于除去水中的放射性物质，特别是能有效除去存在于水中浓度低的放射性物质； 硫酸 铵在235℃以上才开始分解，产生 氨 气、氮气、二氧化硫及水，在高温条件下硫 原子 与碳原子相连的反应，得到的是磺 酸化 合物，磺酸基通常表现出较强的亲电性，它可以在水溶液中释放质子。
权利要求

1.一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1：预处理浸渍液配置；
S2：原料毡浸渍预处理；
S3：预氧化过程；
S4：高温水蒸气加磷酸活化法。
2.根据权利要求1所述的一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，其特征在于：预处理浸渍液配置中包括浸渍液a与浸渍液b，浸渍液a为2.5‑4mol/L磷酸盐的水溶液，浸渍液b为3.2‑5mol/L硫酸盐的水溶液。
3.根据权利要求1所述的一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，其特征在于：预处理浸渍液配置方法包括将浸渍液a和浸渍液b以2‑5:1‑4在30‑45℃下混合互溶，形成预处理浸渍液。
4.根据权利要求1所述的一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，其特征在于：原料毡浸渍预处理方法包括将待处理的原料纤维毡在预处理浸渍液中浸透，随后经过挤压后，在干燥机中干燥脱水，干燥温度为90‑120℃。
5.根据权利要求1所述的一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，其特征在于：预氧化过程包括将S2中处理好的预处理毡放入充有30‑50mol/L保护气氛的炉内加入阻燃剂进行碳化1‑3h，随后形成类石墨结构的纤维。
6.根据权利要求5所述的一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，其特征在于：阻燃剂为磷酸盐。
7.根据权利要求1所述的一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，其特征在于：高温水蒸气加磷酸活化法包括将S3中处理好的预氧毡放入充有45‑60mol/L水蒸气加磷酸气氛的炉内进行活化2‑4h，形成多孔的吸附纤维材料。
8.根据权利要求1所述的一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，其特征在于：高温水蒸气加磷酸活化法过程水蒸气与碳反应，侵蚀纤维表面的碳，形成丰富的微孔，活性碳纤维上形成的离子可通过质子交换与其他离子或分子发生作用，从而达到除去水中的放射性物质。
说明书全文

一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及碳素制品预处理改善工艺技术领域，具体为一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺。

背景技术

[0002] 当核辐射泄漏引发水体放射性物质含量增加，主要泄露的物质为碘‑131，而碘‑131一旦被人体吸入会引发甲状腺疾病，引发低甲状腺素(简称低甲)症状，而更严重的甚至可能引发甲状腺癌变。
[0003] 传统的活性碳纤维在范德华力的作用下，具有良好的物理吸附，却缺少化学吸附的选择性，而研究改进活性碳纤维的化学吸附，提升化学吸附力，在当下显得尤为重要，为此，我们提出一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于提供了一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，解决了背景技术中的问题。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，包括以下步骤：
[0006] S1：预处理浸渍液配置；
[0007] S2：原料毡浸渍预处理；
[0008] S3：预氧化过程；
[0009] S4：高温水蒸气加磷酸活化法。
[0010] 优选的，预处理浸渍液配置中包括浸渍液a与浸渍液b，浸渍液a为2.5‑4mol/L磷酸盐的水溶液，浸渍液b为3.2‑5mol/L硫酸盐的水溶液。
[0011] 优选的，预处理浸渍液配置方法包括将浸渍液a和浸渍液b以2‑5:1‑4在30‑45℃下混合互溶，形成预处理浸渍液。
[0012] 优选的，原料毡浸渍预处理方法包括将待处理的原料纤维毡在预处理浸渍液中浸透，随后经过挤压后，在干燥机中干燥脱水，干燥温度为90‑120℃；
[0013] 此时磷酸盐和硫酸盐附着于纤维上，形成阻燃和催化作用。
[0014] 优选的，预氧化过程包括将S2中处理好的预处理毡放入充有30‑50mol/L保护气氛的炉内加入阻燃剂进行碳化1‑3h，随后形成类石墨结构的纤维。
[0015] 优选的，阻燃剂为磷酸盐；
[0016] 加入阻燃剂，可以使硫酸盐在此温度下不发生反应。
[0017] 优选的，高温水蒸气加磷酸活化法包括将S3中处理好的预氧毡放入充有45‑60mol/L水蒸气加磷酸气氛的炉内进行活化2‑4h，形成多孔的吸附纤维材料。
[0018] 优选的，高温水蒸气加磷酸活化法过程水蒸气与碳反应，侵蚀纤维表面的碳，形成丰富的微孔，活性碳纤维上形成的离子可通过质子交换与其他离子或分子发生作用，从而达到除去水中的放射性物质；
[0019] 硫酸盐受热分解，产生氨气、氮气、二氧化硫及水，在高温条件下硫原子与碳原子相连的反应，得到的是磺酸化合物；
[0020] R‑SO4→SO2↑+H2O↑(513℃以上)
[0021] SO2+C+H2O→C‑‑‑SO3H。
[0022] 本发明提供了一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺。该除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺具备以下有益效果：
[0023] 该除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，通过添载以硫为主要成分的化学药品的离子活性炭纤维，用于除去水中的放射性物质，特别是能有效除去存在于水中浓度低的放射性物质；硫酸铵在235℃以上才开始分解，产生氨气、氮气、二氧化硫及水，在高温条件下硫原子与碳原子相连的反应，得到的是磺酸化合物，磺酸基通常表现出较强的亲电性，它可以在水溶液中释放质子(H+)。附图说明
[0024] 图1为本发明简易流程框图。

具体实施方式

[0025] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
[0026] 实施例一：
[0027] 一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，包括以下步骤：
[0028] S1：预处理浸渍液配置；
[0029] 预处理浸渍液配置中包括浸渍液a与浸渍液b，浸渍液a为2.5mol/L磷酸盐的水溶液，浸渍液b为3.2mol/L硫酸盐的水溶液；将浸渍液a和浸渍液b以2:1在30℃下混合互溶，形成预处理浸渍液。
[0030] S2：原料毡浸渍预处理；
[0031] 将待处理的原料纤维毡在预处理浸渍液中浸透，随后经过挤压后，在干燥机中干燥脱水，干燥温度为90℃；此时磷酸盐和硫酸盐附着于纤维上，形成阻燃和催化作用。
[0032] S3：预氧化过程；
[0033] 将S2中处理好的预处理毡放入充有30mol/L保护气氛的炉内加入阻燃剂进行碳化1h，随后形成类石墨结构的纤维；阻燃剂为磷酸盐，加入阻燃剂，可以使硫酸盐在此温度下不发生反应。
[0034] S4：高温水蒸气加磷酸活化法；
[0035] 将S3中处理好的预氧毡放入充有45mol/L水蒸气加磷酸气氛的炉内进行活化2h，形成多孔的吸附纤维材料；此过程水蒸气与碳反应，侵蚀纤维表面的碳，形成丰富的微孔，活性碳纤维上形成的离子可通过质子交换与其他离子或分子发生作用，从而达到除去水中的放射性物质；
[0036] 硫酸盐受热分解，产生氨气、氮气、二氧化硫及水，在高温条件下硫原子与碳原子相连的反应，得到的是磺酸化合物；
[0037] R‑SO4→SO2↑+H2O↑(513℃以上)
[0038] SO2+C+H2O→C‑‑‑SO3H。
[0039] 实施例二：
[0040] 一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，包括以下步骤：
[0041] S1：预处理浸渍液配置；
[0042] 预处理浸渍液配置中包括浸渍液a与浸渍液b，浸渍液a为4mol/L磷酸盐的水溶液，浸渍液b为5mol/L硫酸盐的水溶液；将浸渍液a和浸渍液b以5:4在45℃下混合互溶，形成预处理浸渍液。
[0043] S2：原料毡浸渍预处理；
[0044] 将待处理的原料纤维毡在预处理浸渍液中浸透，随后经过挤压后，在干燥机中干燥脱水，干燥温度为120℃；此时磷酸盐和硫酸盐附着于纤维上，形成阻燃和催化作用。
[0045] S3：预氧化过程；
[0046] 将S2中处理好的预处理毡放入充有50mol/L保护气氛的炉内加入阻燃剂进行碳化3h，随后形成类石墨结构的纤维；阻燃剂为磷酸盐，加入阻燃剂，可以使硫酸盐在此温度下不发生反应。
[0047] S4：高温水蒸气加磷酸活化法；
[0048] 将S3中处理好的预氧毡放入充有60mol/L水蒸气加磷酸气氛的炉内进行活化4h，形成多孔的吸附纤维材料；此过程水蒸气与碳反应，侵蚀纤维表面的碳，形成丰富的微孔，活性碳纤维上形成的离子可通过质子交换与其他离子或分子发生作用，从而达到除去水中的放射性物质；
[0049] 硫酸盐受热分解，产生氨气、氮气、二氧化硫及水，在高温条件下硫原子与碳原子相连的反应，得到的是磺酸化合物；
[0050] R‑SO4→SO2↑+H2O↑(513℃以上)
[0051] SO2+C+H2O→C‑‑‑SO3H。
[0052] 实施例三：
[0053] 一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，包括以下步骤：
[0054] S1：预处理浸渍液配置；
[0055] 预处理浸渍液配置中包括浸渍液a与浸渍液b，浸渍液a为3mol/L磷酸盐的水溶液，浸渍液b为4mol/L硫酸盐的水溶液；将浸渍液a和浸渍液b以3:3在40℃下混合互溶，形成预处理浸渍液。
[0056] S2：原料毡浸渍预处理；
[0057] 将待处理的原料纤维毡在预处理浸渍液中浸透，随后经过挤压后，在干燥机中干燥脱水，干燥温度为100℃；此时磷酸盐和硫酸盐附着于纤维上，形成阻燃和催化作用。
[0058] S3：预氧化过程；
[0059] 将S2中处理好的预处理毡放入充有40mol/L保护气氛的炉内加入阻燃剂进行碳化2h，随后形成类石墨结构的纤维；阻燃剂为磷酸盐，加入阻燃剂，可以使硫酸盐在此温度下不发生反应。
[0060] S4：高温水蒸气加磷酸活化法；
[0061] 将S3中处理好的预氧毡放入充有50mol/L水蒸气加磷酸气氛的炉内进行活化3h，形成多孔的吸附纤维材料；此过程水蒸气与碳反应，侵蚀纤维表面的碳，形成丰富的微孔，活性碳纤维上形成的离子可通过质子交换与其他离子或分子发生作用，从而达到除去水中的放射性物质；
[0062] 硫酸盐受热分解，产生氨气、氮气、二氧化硫及水，在高温条件下硫原子与碳原子相连的反应，得到的是磺酸化合物；
[0063] R‑SO4→SO2↑+H2O↑(513℃以上)
[0064] SO2+C+H2O→C‑‑‑SO3H。
[0065] 实施例四：
[0066] 一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，包括以下步骤：
[0067] S1：预处理浸渍液配置；
[0068] 预处理浸渍液配置中包括浸渍液a与浸渍液b，浸渍液a为3.5mol/L磷酸盐的水溶液，浸渍液b为4.5mol/L硫酸盐的水溶液；将浸渍液a和浸渍液b以2.5:2.5在35℃下混合互溶，形成预处理浸渍液。
[0069] S2：原料毡浸渍预处理；
[0070] 将待处理的原料纤维毡在预处理浸渍液中浸透，随后经过挤压后，在干燥机中干燥脱水，干燥温度为110℃；此时磷酸盐和硫酸盐附着于纤维上，形成阻燃和催化作用。
[0071] S3：预氧化过程；
[0072] 将S2中处理好的预处理毡放入充有45mol/L保护气氛的炉内加入阻燃剂进行碳化1.5h，随后形成类石墨结构的纤维；阻燃剂为磷酸盐，加入阻燃剂，可以使硫酸盐在此温度下不发生反应。
[0073] S4：高温水蒸气加磷酸活化法；
[0074] 将S3中处理好的预氧毡放入充有55mol/L水蒸气加磷酸气氛的炉内进行活化3.5h，形成多孔的吸附纤维材料；此过程水蒸气与碳反应，侵蚀纤维表面的碳，形成丰富的微孔，活性碳纤维上形成的离子可通过质子交换与其他离子或分子发生作用，从而达到除去水中的放射性物质；
[0075] 硫酸盐受热分解，产生氨气、氮气、二氧化硫及水，在高温条件下硫原子与碳原子相连的反应，得到的是磺酸化合物；
[0076] R‑SO4→SO2↑+H2O↑(513℃以上)
[0077] SO2+C+H2O→C‑‑‑SO3H。
[0078] 实施例五：
[0079] 一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，包括以下步骤：
[0080] S1：预处理浸渍液配置；
[0081] 预处理浸渍液配置中包括浸渍液a与浸渍液b，浸渍液a为2.6mol/L磷酸盐的水溶液，浸渍液b为3.3mol/L硫酸盐的水溶液；将浸渍液a和浸渍液b以2.1:2在32℃下混合互溶，形成预处理浸渍液。
[0082] S2：原料毡浸渍预处理；
[0083] 将待处理的原料纤维毡在预处理浸渍液中浸透，随后经过挤压后，在干燥机中干燥脱水，干燥温度为95℃；此时磷酸盐和硫酸盐附着于纤维上，形成阻燃和催化作用。
[0084] S3：预氧化过程；
[0085] 将S2中处理好的预处理毡放入充有32mol/L保护气氛的炉内加入阻燃剂进行碳化1.5h，随后形成类石墨结构的纤维；阻燃剂为磷酸盐，加入阻燃剂，可以使硫酸盐在此温度下不发生反应。
[0086] S4：高温水蒸气加磷酸活化法；
[0087] 将S3中处理好的预氧毡放入充有46mol/L水蒸气加磷酸气氛的炉内进行活化2.2h，形成多孔的吸附纤维材料；此过程水蒸气与碳反应，侵蚀纤维表面的碳，形成丰富的微孔，活性碳纤维上形成的离子可通过质子交换与其他离子或分子发生作用，从而达到除去水中的放射性物质；
[0088] 硫酸盐受热分解，产生氨气、氮气、二氧化硫及水，在高温条件下硫原子与碳原子相连的反应，得到的是磺酸化合物；
[0089] R‑SO4→SO2↑+H2O↑(513℃以上)
[0090] SO2+C+H2O→C‑‑‑SO3H。
[0091] 实施例六：
[0092] 一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，包括以下步骤：
[0093] S1：预处理浸渍液配置；
[0094] 预处理浸渍液配置中包括浸渍液a与浸渍液b，浸渍液a为3.9mol/L磷酸盐的水溶液，浸渍液b为4.9mol/L硫酸盐的水溶液；将浸渍液a和浸渍液b以4.5:3.5在44℃下混合互溶，形成预处理浸渍液。
[0095] S2：原料毡浸渍预处理；
[0096] 将待处理的原料纤维毡在预处理浸渍液中浸透，随后经过挤压后，在干燥机中干燥脱水，干燥温度为115℃；此时磷酸盐和硫酸盐附着于纤维上，形成阻燃和催化作用。
[0097] S3：预氧化过程；
[0098] 将S2中处理好的预处理毡放入充有48mol/L保护气氛的炉内加入阻燃剂进行碳化2.8h，随后形成类石墨结构的纤维；阻燃剂为磷酸盐，加入阻燃剂，可以使硫酸盐在此温度下不发生反应。
[0099] S4：高温水蒸气加磷酸活化法；
[0100] 将S3中处理好的预氧毡放入充有57mol/L水蒸气加磷酸气氛的炉内进行活化3.7h，形成多孔的吸附纤维材料；此过程水蒸气与碳反应，侵蚀纤维表面的碳，形成丰富的微孔，活性碳纤维上形成的离子可通过质子交换与其他离子或分子发生作用，从而达到除去水中的放射性物质；
[0101] 硫酸盐受热分解，产生氨气、氮气、二氧化硫及水，在高温条件下硫原子与碳原子相连的反应，得到的是磺酸化合物；
[0102] R‑SO4→SO2↑+H2O↑(513℃以上)
[0103] SO2+C+H2O→C‑‑‑SO3H。
[0104] 实施例七：
[0105] 一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，包括以下步骤：
[0106] S1：预处理浸渍液配置；
[0107] 预处理浸渍液配置中包括浸渍液a与浸渍液b，浸渍液a为3.6mol/L磷酸盐的水溶液，浸渍液b为4.6mol/L硫酸盐的水溶液；将浸渍液a和浸渍液b以3.5:2.7在37℃下混合互溶，形成预处理浸渍液。
[0108] S2：原料毡浸渍预处理；
[0109] 将待处理的原料纤维毡在预处理浸渍液中浸透，随后经过挤压后，在干燥机中干燥脱水，干燥温度为112℃；此时磷酸盐和硫酸盐附着于纤维上，形成阻燃和催化作用。
[0110] S3：预氧化过程；
[0111] 将S2中处理好的预处理毡放入充有39mol/L保护气氛的炉内加入阻燃剂进行碳化2.6h，随后形成类石墨结构的纤维；阻燃剂为磷酸盐，加入阻燃剂，可以使硫酸盐在此温度下不发生反应。
[0112] S4：高温水蒸气加磷酸活化法；
[0113] 将S3中处理好的预氧毡放入充有53mol/L水蒸气加磷酸气氛的炉内进行活化3.3h，形成多孔的吸附纤维材料；此过程水蒸气与碳反应，侵蚀纤维表面的碳，形成丰富的微孔，活性碳纤维上形成的离子可通过质子交换与其他离子或分子发生作用，从而达到除去水中的放射性物质；
[0114] 硫酸盐受热分解，产生氨气、氮气、二氧化硫及水，在高温条件下硫原子与碳原子相连的反应，得到的是磺酸化合物；
[0115] R‑SO4→SO2↑+H2O↑(513℃以上)
[0116] SO2+C+H2O→C‑‑‑SO3H。
[0117] 实施例八：
[0118] 一种除去水中放射性物质的离子活性碳纤维工艺，包括以下步骤：
[0119] S1：预处理浸渍液配置；
[0120] 预处理浸渍液配置中包括浸渍液a与浸渍液b，浸渍液a为3.3mol/L磷酸盐的水溶液，浸渍液b为4.4mol/L硫酸盐的水溶液；将将浸渍液a和浸渍液ab以2.3:3.4在43℃下混合互溶，形成预处理浸渍液。
[0121] S2：原料毡浸渍预处理；
[0122] 将待处理的原料纤维毡在预处理浸渍液中浸透，随后经过挤压后，在干燥机中干燥脱水，干燥温度为103℃；此时磷酸盐和硫酸盐附着于纤维上，形成阻燃和催化作用。
[0123] S3：预氧化过程；
[0124] 将S2中处理好的预处理毡放入充有43mol/L保护气氛的炉内加入阻燃剂进行碳化2.2h，随后形成类石墨结构的纤维；阻燃剂为磷酸盐，加入阻燃剂，可以使硫酸盐在此温度下不发生反应。
[0125] S4：高温水蒸气加磷酸活化法；
[0126] 将S3中处理好的预氧毡放入充有54mol/L水蒸气加磷酸气氛的炉内进行活化2.7h，形成多孔的吸附纤维材料；此过程水蒸气与碳反应，侵蚀纤维表面的碳，形成丰富的微孔，活性碳纤维上形成的离子可通过质子交换与其他离子或分子发生作用，从而达到除去水中的放射性物质；
[0127] 硫酸盐受热分解，产生氨气、氮气、二氧化硫及水，在高温条件下硫原子与碳原子相连的反应，得到的是磺酸化合物；
[0128] R‑SO4→SO2↑+H2O↑(513℃以上)
[0129] SO2+C+H2O→C‑‑‑SO3H。
[0130] 需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0131] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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