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摘要：随着活性炭纤维（Activated carbon fiber，ACF）越来越多的出现在我们的生活中，作为一种独特的分子，它不仅可以有效拦截空气中的灰尘，同时还有结构较为严密的比表面积和空隙分布。也正因如此，本文接下来将对活性炭纤维装置的净化能力进行研究，通过实验检测活性炭纤维在一定空间内对SO2、NOx及CO等相关气体的吸附程度，本次实验的空间体积为三十立方米。
关键词：活性炭纤维；过滤器；净化装置；污染气体；去除效果
活性炭纤维（Activated carbon fiber，ACF）相交于之前常用的粉状、粒状活性炭来说出现的时间较晚，正式投入市场的时间大概在上个世纪七十年代中期，近些年来，它已经成为碳纤维中的典型代表和主力军。ACF独特的空间结构和良好的延展空间使其在吸附分子上的表现非常优异，每个活性炭纤维分子结构之间的距离只有2纳米，可以按照消费者不同的使用需求以毯、布、纸等形态呈现，适用范围非常广泛，不论是公共场所还是家庭都随处可见。从现在ACF的适用范围来看，它在化工、医药、军工、航空航天等各行各业都发挥了十分重要的作用。
1 ACF装置对SO：、NOx的去除率
为防止无关变量的干扰，在实验时我们会将实验室的通风处如门、窗等进行关闭，将所有需要测试的气体准备完毕后记录其初始浓度。同时，在实验时室内的空气也会干扰实验结果，所以新风和回风也必须贯穿实验始终，一般来说，通风参数在最佳风量226 m3/h为宜。空气净化装置启动约半小时后，室内空气的各成分含量趋于稳定。在通常情况下，只要制备气体的环境污染物浓度在相对较小的范围内，空气净化装置在启动半小时后就可以达到环境标准，所以本实验将以二十分钟作为设备开启所持续的时间长度，对净化后的室内SO2、NOx、CO浓度进行相关参数的记录，测其记录结果如下：
表1试验装置对SO2，NOx不同浓度的去除率
本实验所使用的净化机以开机作为时间起始点，在二十分钟内的吸附能力都会随着环境中SO2、NOx浓度的升高而升高，也就是说二者呈现出正相关。但是，如果环境浓度到达了临界值，设备的吸附效率则开始不增反减，这主要是因为虽然净化效率会随着浓度的升高而增加，但是与此同时环境内的本底浓度也会随之上升，在相对固定的一段测试时间段里，他的工作效率必然会呈现出降低的趋势。从相关数据中我们得出了这样一个结论：试验装置的吸附能力并不会一直随着环境中SO2、NOx浓度的上升而上升，一般来说，在一定的浓度范围内，设备对污染气体的去除效率才能达到峰值。
2 试验装置对CO的去除效果
试验装置的去除效率与CO的浓度关系见下表。
表2试验装置的去除效率与CO的浓度关系
3 装置对SO2，NOx的去除率随风量的变化
0.08g的硫磺经过一定的化学反应可产生浓度为1.55mg/m3的SO2；1.0ml浓硝酸经过加热可获得浓度为2.56 mg/m3的NO。我们同样将设备启动20分钟后记录相关数据，SO2、NOx这两种气体和去除效率之间并非单纯的正相关关系，当浓度一定时，去除风量有一个最佳值，同样的，去除效率一定时，气体浓度也存在一个最佳值。取出设备处于低风量的工作状态时工作效率不高，因为低风量无法将室内环境的污染气体进行完全排除，周围环境污染气体浓度较高造成了设备去除效率低下。但同样我们也不能让机器一味的处于高风量的工作状态，这样虽然可以达到工作效率最大化，但是性价比却相对较低。活性炭纤维过滤器过滤有效面积在0.42m2的工作环境中其过滤风量可以稳定在180～260m3/h这一区间内。也就是说，这种情况下工作效率与性价比能够达到最大平衡。所以，对开机时间与去除效率二者之间的关系进行研究对降低净化成本，提升工作效率有非常重要的意义。
4 ACF吸附过滤SO2、NOx与CO不同
ACF之所以能够在吸附污染气体上有优异的表现，要得益于它独特的分子结构及其特性。其形态、面积、炭结构、组成元素和活泼程度等各方面都和它强大的吸附力有着密不可分的联系。当然，它对SO2、NOx、CO的吸附过滤能力也有如下的不同之处：
①活性炭纤维的工作原理是它可以与空气中的SO2、NOx、CO相互吸引，吸附方式主要是色散、诱导、取向这三大类型。
②活性炭纤维属于非极性物质的一种，而SO2、NOx则是极性物质的典型代表，这两者之间如同一块磁铁的正极与负极一样，有着非常强烈的吸引，我们称之为诱导和色散，归根结底，这两种都是以吸引作为基础。而CO则是一种非极性物质，与活性碳纤维二者的吸引力则不如前面两者更为强烈。
③诱导作用能够产生和分子之间的间距有密不可分的联系，当然，除此之外偶极矩也和诱导作用关系十分密切，相关实验已经证明，偶极矩和诱导作用之间呈正相关，所以活性炭纤维和CO之间的诱导作用可以说微乎其微，可对SO2、NOx的过滤吸附效率则十分明显。
④偶极矩和取向作用之间呈正相关。
5 提高ACF过滤效果的方法
①通过分子显微镜对活性炭纤维观察后不难发现，ACF一半的碳原子分布在分子的内外表面，结构的特殊性使其具有强大的吸附力，当然，不同原料、方式制作出的ACF自然也会有着不同的分子结构，所以，通过提高制作技艺，我们可以有针对性的改变其分子结构，加强对某种气体的吸附能力。
②活性炭纤维属于微孔炭的一种，所以也被人们称为“超微粒子和极小空间的结合体”，超微粒子以千奇百怪的结合方式凝聚在一起，形成一种形散而神不散的纳米空间，极大的增加了分子的比表面积。此外，ACF分子内还有许多表面官能团，因此表面能数值也非常大。业内很多的专家和学者已经证明，一般来说，吸附剂微孔面积约等于吸附质分子临界尺寸的2倍时可以达到最佳的吸附效果。
6 结论
此种合体而成的空气净化装置对SO2、NOx及CO的净化实验能够得出以下几点结论：
在对SO2和NOx与设备效率之间的关系进行探究时，可以得出，当机器设备的去除效率最高时，它的去除规律和SO2、NOx的环境浓度之间呈正相关。当然，这种正相关通常是在临界范围内，一旦超过临界值，环境浓度将和效率成反比。此外，该装置对CO基本没有吸附和过滤的功效。
风量与SO2、NOx的浓度之间呈动态关系，从实验结果来看，去除效率和风量的峰值存在于实验数据中。
活性炭纤维对SO2、NOx有很强的吸附能力，但是却对相当一部分气体无能为力。所以，在今后的发展中，我们要通过技术手段改变其纳米结构，使其更好的吸附污染气体，增强吸附性能。
参考文献：
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论文作者:奉青山
论文发表刊物:《基层建设》2018年第24期
论文发表时间:2018/9/17
标签：浓度论文; 活性论文; 气体论文; 装置论文; 炭纤维论文; 效率论文; 风量论文; 《基层建设》2018年第24期论文;