木质活性碳纤维及其功能化材料技术应用案例

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木质活性碳纤维及其功能化材料技术应用案例现有活性碳纤维生产对化石资源原料的高度依赖，面临资源可持续性与环境污染问题，为了实现活性碳纤维原料的可持续利用，降低活性碳纤维的生产成本。该技术自2012年起应用于东阁（沈阳）实业有限公司，该公司位于环渤海湾区，当地拥有丰富的废弃木质材料资源和较为完善的碳材料产业链，具备一定的技术能力。

目录

二、主要解决的问题

该技术解决了现有活性碳纤维生产对化石资源原料的高度依赖，面临资源可持续性与环境污染问题；同时，传统木质碳材料制备过程中，木质资源利用率低、纤维强度较小、产品功能化薄弱、应用领域单一等问题。

三、技术要点

1.木质碳纤维制备工艺技术

通过液化技术、纺丝液合成技术、和接枝改性技术实现木质生物质资源全组分转化成具有连续熔融纺丝能力的纺丝液。采用熔融纺丝方法获得20-30μm的初始纤维，采用热稳定处理和化学固化处理制备拉伸强度在230～356MPa，拉伸摸量在15～31GPa，断裂伸长率在2.17%～3.72%碳纤维前驱体。通过改变炭化温度、炭化时间、升温速率等炭化因素调控碳纤维前驱体分子的交联、裂解、缩合等反应和分子内网状交联结构体系的重排，实现高强度碳纤维的制备。

2.木质活性碳纤维多级孔调控技术

通过改变原丝的后期制备工艺技术，利用不同的活化介质获得具有较强吸附性能的木质活性碳纤维，开发出水蒸气与二氧化碳共活化制备木质活性碳纤维的工艺技术。另外，在综合研究和技术改进后，通过“一步活化法”、“两步活化法”制备出与工业化高比面积活性碳纤维水平相当木质活性碳纤维材料。

3.木质活性碳纤维多元化应用技术

通过浸渍与热处理相结合的改性方法获得载银抗菌性木质活性碳纤维，其具有良好的抗菌耐久性。当抗菌测试次数小于等于5时，材料的抗菌率均高达100%；当抗菌测试次数为7次时，材料的抗菌率仍可达92% 以上。通过电极材料开发技术，将具有高微孔比表面积（2300m2/g）和孔径为3～4nm且互通性良好的中孔结构木质活性碳纤维材料应用于超级电容器电极材料的制备，获得高比电容（280Fg-1）、优良倍率性能、和电化学稳定的碳电极材料。

四、应用成效

利用木材和木质素等生物质资源作为活性碳纤维的前驱体原料，可以实现活性碳纤维原料的可持续利用，降低活性碳纤维的生产成本，在环境保护和资源储备等方面具有重大的战略意义。同时，改变了传统木质资源制备碳纤维的工艺技术，提高了木质资源的整体利用率和附加值，带动了木质碳材料及其功能化加工全产业链的技术提升，具有广泛得应用前景。

项目发表论文90多篇，出版著作2部；授权国家发明专利5件；培养学生20余人，对于指导功能性木质生物质材料的设计合成，提高木质生物质材料附加值，扩展木质生物质碳材料的应用领域具有重要的理论和现实意义。

五、适用范围

适宜在中东部都市圈附近且具有碳材料产业链齐全的区域，如京津冀、环渤海、长三角、珠三角等城市圈附近，以及河北、山东、江苏、浙江等木材产业聚集区，也可在中西部木材资源匮乏但废弃木质材料资源较为丰富的都市圈附近。