全球活性炭纤维生产与医学等领域的应用情况作为粉状、粒状之后第三种形态活性炭(AC)的活性炭纤维(ACF)，其开发生产已近三十多年。三十年来，这一材料在前驱体的扩大、生产技术的改进、应用面的推广等不同方面在国内外都有很大的发展。根据相关资料介绍，美国地区1998年的时候ACF的售价竟然高达220美元左右，大约合人民币1800元。日本当时可谓是ACF的生产大国，但与其它形态的活性炭(AC)相比，其生产和需要量可说是微乎其微例如日本目前粉状和粒状AC每年需要量约为10万吨，而ACF 的量仅为300吨左右。在1994年的时候曾报导其主要厂家的生产能力就已达700吨/年。1998年左右期间，日本AC的市场售价粉末状每公斤450-500日元，粒状为450-650日元，ACF则随原料、质量和形态(毡、垫、布、纤维等)的不同，价格各异，其平均值大致为每公斤3000-8000日元口 (约合人民币200-550元)。尽管日本当时制造ACF的公司不超过10家，但利用ACF的后续产品厂家(如溶剂回收、净化器、空气净化器等厂家)估计在200家以上。日本的ACF已成熟地应用于不同规模的溶剂回收装置中，是ACF的主要工业制品用户。其实，活性炭纤维(activated carbon fiber，ACF)亦称纤维状活性炭，是性能优于活性炭的一种多孔性纤维吸附材料和环保工程材料，其超过50%的碳原子位于内、外表面，构筑成独特的吸附结构，被称为表面性固体。它还具有强度较高、耐高温、不宜粉化、加工成型性好等特点，可制成毡、布、纸等不同的性状，以及耐酸和碱腐蚀、可再生、对环境友好的特性。这些结构特性使活性炭纤维具有广谱的吸附性能、大的吸附容量和更快的吸附和脱附速度，使得其一问世就得到人们的广泛关注和深入研究。
一、活性炭纤维的发展回顾
早在1962年期间，美国专利首次涉及到ACF技术，Abbott以粘胶纤维为原料。进行炭化和活化等处理后成功地制成了ACF；同年，日本进藤以特种聚丙烯腈为原料，制得PAN基ACF。1972年，Arons和Macnair以酚醛为原料制得ACF；1975年，东洋纺织公司制成高性能粘胶基ACF和再生ACF；1983年，日本炭素公司和尤尼吉卡公司开发生产沥青基ACF；1977年，商品粘胶(纤维素)基ACF问世。其后聚丙烯腈(PAN)基、酚醛基、沥青基相继实现工业化生产。日本是开发ACF最早的国家。日本的东洋纺织公司于1975年实现了工业化生产。在20世纪70年代，己开始应用有机物碳化技术的成果，由于顺应环境保护等的要求得以发展，受到各国开发研究人员的密切关注，现已成为当代世界开发的热点项目之一，并由此进入工业化的发展时期，总产能力为1000吨/年。其实，活性炭纤维(Activated Carbon Fiber，ACF)也是20世纪70年代后期在高性能碳纤维基础上发展起来的一种新型高效活性吸附材料和环保工程材料,是在碳纤维技术和活性炭技术相结合的基础上发展起来的，继粉状和粒状活性炭(Granular Activated Carbon，GAC)之后的第三代活性炭产品。ACF具有比表面积大，微孔含量丰富，孔径分布窄，吸脱附速度快，再生能力强，而且导电、热膨胀系数小，耐腐蚀，吸附性能和吸附动力学行为比活性炭AC更优异，目前已广泛应用于环保、电子、医用卫生、化工等领域。20世纪80年代，我国上海纺织科学研究院、中国纺织大学、中山大学和中国科学院山西煤炭化学研究所、复旦大学、天津工业大学、天津大学、吉林工学院等单位也开展了ACF的研究工作。90年代以来，我国在ACF的研究和生产方面也取得了很大进步，ACF的生产能力已达数百吨。如1995年鞍山东亚碳纤维有限公司建成年产45吨的沥青基Carboflex ACF生产线。此外，秦皇岛紫川炭纤维有限公司是国内生产粘胶基ACF及其制品的规模较大的专业化企业之一。
二、活性炭纤维主要生产技术
目前活性炭纤维的生产主要是聚丙烯腈基和沥青基、黏胶基，其他炭纤维很少，下面以3种生产工艺技术为主进行介绍。
1.沥青基活性炭纤维生产工艺
沥青基活性炭纤维又分为通用型沥青基活性炭纤维和高性能沥青基活性炭纤维2种。
1.1通用型沥青基活性炭纤维生产工艺
先将石油沥青进行调制处理和熔融纺丝，再进行碳化处理即得炭纤维。通用型沥青基活性炭纤维一般只能用作复合材料增强剂、吸附剂、文体用品等，因此对沥青的预处理没有太高的要求。
1.2高性能沥青基活性炭纤维生产工艺
高性能沥青基活性炭纤维的生产原料为中间相沥青，选择中间相沥青的生产方法主要根据原料的性质、组成来确定，对氮、氧、硫含量较高的原料需进行预处理；对组分轻的原料要进行改质使其缩聚。热聚合工序是生产中间相沥青的关键工序，其工艺条件是研究的重点。以中间相沥青为原料制备沥青基活性炭纤维的方法如下：中间相沥青经熔融纺丝制成沥青纤维，沥青纤维进行不熔化处理制成不熔化沥青纤维，不熔化沥青纤维经碳化和石墨化处理制成高性能沥青基炭纤维，最后把沥青基炭纤维活化就可以生产出高性能沥青基活性炭纤维。由于沥青基活性炭纤维生产项目投资大、风险大、技术受封锁等原因，所以中国国内沥青基活性炭纤维工业发展缓慢。
2.聚丙烯腈(PAN)基活性炭纤维生产工艺
2.1聚丙烯腈基活性炭纤维生产工艺概况
聚丙烯腈基活性炭纤维的结构是无定形石墨碳，含有六角碳层，碳层中有各种尺寸的缝隙，而且从小缝隙到大缝隙依次排列。由聚丙烯腈原丝制备聚丙烯腈基活性炭纤维的工艺流程如下：PAN原丝→预氧化→700℃ 以下碳化→高于700℃碳化、活化同时进行→表面处理→卷取→聚丙烯腈基活性炭纤维。
2.2黏胶基活性炭纤维的生产工艺
制备黏胶基活性炭纤维的生产工序如下：黏胶基纤维→水洗→催化浸渍→碳化→活化→表面处理→黏胶基活性炭纤维。第1阶段：温度为25-150℃，脱除物理吸附的水分，有利于高温脱除结构水。第2阶段：温度为150-240℃，脱除分子结构内的水，生成羰基、酮基、烯醇基或羧基的链段。温度为240-400℃时为激烈反应区，主要是2个竞争反应。一是1，4一苷基热裂解生成脱水环，1，6一苷基脱水生成左旋葡萄糖，并在较高温度下转化为焦油；二是脱水纤维素环进一步深层次脱水生成脱水纤维素，环内热稳定性差的C-C和C-O热裂解生成C4残链。第3阶段：温度为400-700℃，C4残链芳构化，缩聚为6个碳原子的石墨层片，当温度高于700℃时，缩聚层面迅速扩大，排列逐步有序化，转化为乱层石墨结构。
三、活性炭纤维在医学等领域的应用情况
活性炭纤维的应用领域是十分广泛的，然而，它不仅是一个简单的采用，其中存在着一个研究和开发的过程。与GAC相比，ACF及其系列产品耐热性能好，丰富且发达的微孔，微孔孔径可调，比表面积大，吸附容量大，吸附速度快，再生容易快速，脱附彻底，经多次吸脱附后仍保持原有的吸附性能，对10-6级的吸附质保持很高的吸附量。不存在二次污染、容易再生、体密度小、漏损小、吸附层很薄，不会产生类似颗粒碳或蜂窝碳吸附装置因热积蓄而易产生燃烧爆炸的危险，操作方便、安全。在不同的行业应用中，体现出它的不同的特殊功能。在环境保护、电子工业、化工、低成本SiC纤维、医疗卫生、劳动保护等领域有广泛的应用。
1.医学领域的应用
Rayon?DACF的无毒性使其在医学领域得到了广泛的应用。由于ACF具有化学稳定性、热稳定性及辐射稳定性，因而使用各种消毒方法进行消毒时，其不会发生任何变化。ACF对人体中外源性毒素的吸附十分有效，在血液过滤、内服解毒及外伤包扎与治疗方面都有重要用途。医药卫生方面活性炭纤维在医疗器械、医用材料、医用净水、空气净化等方面有着广阔的应用前景。在长期保存的血液中，血小板及白细胞等易集合成块，同时血液中的组胺和血清素明显增加，组胺过量会危害人体健康，血清素过量也会使人产生生理反应，因而在输血前必须去除血液细胞及蛋白质组成的微小血栓。为此，医学上使用了血液净化装置，净化装置内部填充粒状活性炭，虽然也起到净化效果，但粒状活性炭与血液作用的表面积小，不能充分吸收组胺等有害物质，且易发生“堵眼”。近年来，采用活性炭纤维制成的机织物或无纺布取得了良好的效果。另外，用活性炭纤维可以替代活性炭制造人工脏器(如人工肾脏、人工肝脏)的辅助装置。活性炭纤维吸附能力强，再生性能好，可以用不同方法和条件控制活性炭纤维的结构和微孔孔径，有选择性地去除身体中所不需要的有害物质，保留身体中所需要的物质。此外，活性炭纤维的可加工性强，不会有微粉之类物质进入体内或血液中，也不会溶解出对身体有害的成分，是替代活性炭的理想材料，并可使人工脏器小型化而便于携带。另外，用活性炭纤维毡作为夹层的防毒、防化口罩已经面市。具体做法是用熔喷法在活性炭纤维的两面直接熔喷超细纤维，超细纤维与活性炭纤维毡自行黏合、冷凝而形成均匀的网膜。用这种复合材料做口罩的罩芯，具有纺丝、成布及黏合一次成型的特点，其工艺流程短、成本低、活性炭纤维不易脱落。纤维结构中使用超细纤维具有高效的过滤性能和高斥液性，起到细菌屏蔽作用，用这种方法制成的口罩具有防毒、防化、防尘、防菌的效果。此外，通过在活性炭纤维上负载铂、钯等金属离子，可改变活性炭纤维表面的物理化学性质，有效达到脱除CO等有害气体的目的；在活性炭纤维上负载银离子，能达到除菌、净化饮用水的目的。
2.环保领域的应用
在工业化发展及人类生活水平提高的同时，环境污染已成为社会一大公害，严重威胁着人类健康。ACF以其独特的结构与吸附特性在此领域倍受青睐。
2.1空气净化
空气中存在的对人体有害的气体主要是硫和氮的氧化物、硫化氢、有机挥发物组分及臭氧等。另外，利用比表面积大的ACF，可有效地除湿和吸附空气中所含的臭味及烟气中的致癌物质。
2.2水的净化
ACF独特的微孔结构、巨大的比表面积及多种官能团，使其在废水处理中的吸附特性明显优于活性炭，具有吸附容量大、吸附速度快、脱附速度快、灰分少、处理量大、且使用时间长的优点。ACF对工业废水及生活污水的处理有其独特的效果，它适用于各种有机废水的处理，对于化工、冶金、炼焦及轻工业产业产生的废水，可有效去除颜色、气味、油份、氯化物及苯酚等，也可以除去生物难以降解的物质，并对二氧化硫、二氧化碳、碱度、硬度和磷酸盐等都具有净化作用。而在污水处理中，采用ACF吸附往往用于二级处理或三级处理。将ACF用于环保工程中其操作安全，由于体密度小和吸脱层薄，不会造成蓄热和过热现象．也不易发生事故．且节能和经济，可用于大型上水净水池的处理，不仅净化效率高，而且处理量大，装置紧凑占地面积小，设备投资小和效益高。ACF还可用于水厂及糖厂的净水装置，可达到脱色、脱臭和去除有机物的目的。
2.3溶剂回收
由于ACF具有吸附量大且吸附速率快的特点，使其在溶剂回收方面得以应用。ACF能从低浓度废气中回收具有反应活性的有机溶剂，并可用于传统粒状活性炭难以回收的其他溶剂场合。这是因为ACF中的金属杂质少，因而在吸附床上所发生催化聚合的几率小，而且吸、脱附速率快，使其在吸、脱附过程中发生分解或聚合的几率小，可有效地将工业加工生产的低沸点化合物、脂肪族化合物、及某些危害人体健康的有机溶剂、毒剂、腐蚀性溶剂等脱除并回收，既减少了环境污染和对人身的危害，又可使溶剂得到回收再利用，且用ACF回收的溶剂质量品质高于AC。此外，还具有回收装置小巧，吸、脱附周期短，省时节能，操作安全等特点。
2.4贵金属回收
ACF对无机废水中的金属离子也有较好的吸附效果，可吸附金、银、铂、汞、镉等许多重金属离子，并将其还原回收处理。氧化一还原功能，是ACF的基本特征之一。在有色金属行业中，ACF用于炭浆法提金，在国内取得了专利，并已进行工业化生产应用。ACF用炭浆法提金，炭纤维磨损率低，减少了金的损失；而且对金的吸附容量大，吸附时间以及吸附平衡时间大大减少，说明在生产应用上可大大缩短提金时间，而且易于再生，反复使用效率不降低。曾汉民等利用ACF的氧化还原功能，认为其对Au3+、Ag+、Pd4+等贵金属离子有较好的氧化一还原吸附性能，它能吸附大量高电位的离子，并将其还原为单质金属或低氧化态离子，而且所得金属呈纳米状态负载于ACF上，从而将贵金属回收、分离和再利用。
随着纳米材料的开发，可将ACF用于钠米复合材料，使其向高功能化、表面官能团特殊化的方向发展，作为更新换代产品，对环境保护具有十分重要的作用和意义。
3.电子工业领域的应用
利用ACF的比表面积大，细孔孔径适中、耐酸碱、导电性能及化学稳定性好等特点，可用于制造电池电极、电容器等电子产品部件。具有存储容量大、电导率高、在空气中使用稳定、体积密度小、可多次重复使用的特点。尤其是双层电容器，容量是普通铝电解电容器的100万倍，可用于IC、LSC及超LSC的小型存贮永久性电源，避免因停电等事故而给计算机带来的不可估量的损失。日本松下电器公司为此建立了ACF布生产线，专门制造小型高效电容器。同时还可制造专用于照相机、电子表等用的微小电流电源，还可开发用于大电流放电的双层电子电容器。有些电子元件，如电阻型湿度检测元件等，长期工作于被污染的环境中，电阻值与湿度的相关性会发生变化，导致测量精度下降，若用ACF制作多孔吸滤罩将该元件保护起来，则可避免上述问题，从而可以保持其检测灵敏度。比表面积大的ACF还是捕集太阳光能的良好黑体，它的导热率大，容易实现光能向热能的转换，而且ACF比金属轻得多，便于安装和使用。此外，ACF在电极材料、驻电容器等方面也有很大的应用潜力。