一种超细活性碳纤维薄膜的制备方法及其制备的超细活性碳纤维薄膜

摘要

一种超细活性碳纤维薄膜的制备方法，其包括以下步骤：(1)纺丝原料的配制和供给步骤：将纺丝级各向同向沥青过滤，获得沥青原料，将相对于100质量％所述沥青原料为0.001～20质量％的纺丝助剂添加至所述沥青原料中并且进行混合，获得纺丝前驱体混合溶液，并且加入喷丝模具中；(2)激光辅助熔喷纺丝步骤：在用激光进行加热的同时，用高速气流将所述纺丝前驱体混合溶液喷丝，并且沉积在接收器上，获得前驱体纤维薄膜，其中，所述激光在所述喷丝模具上的加热部位为所述喷丝模具的前端处的位置；(3)预氧化步骤；(4)碳化步骤；和(5)活化步骤，获得超细活性碳纤维薄膜。

说明书

方法领域

本发明涉及用于除去VOC和PM的超细活性碳纤维薄膜的制备方法及其制备的超细活性碳纤维薄膜。

背景方法

空气污染被认为是主要的环境风险因素，对人类健康和生态环境造成严重的影响，并导致全球气候变化和环境变化。空气污染物可以分为两大类，即挥发性有机化合物(VOC)和颗粒物(PM)，减小这两个污染物的浓度具有重要的意义。根据空气污染物的上述分类，目前使用的空气过滤材料也主要分为以下两种系统：VOC吸附器和PM过滤器。考虑到现有吸附VOC的材料与去除PM的材料完全不同，这些材料不能同时去除VOC和PM，因此通常将VOC去除过滤器与PM去除过滤器配对。通常，同时去除PM和VOC污染的方法是通过将粒状活性炭(AC)或例如沸石等其它吸附剂与过滤介质(通过嵌入或单独作为独立的过滤模块)结合来实现的。因此，需要进一步设计和制备可以用于同时吸附和/或过滤VOC和PM的材料，来实现两种污染物的有效去除。

VOC的吸附工艺具有成本低、效率高的特点，可以有效捕获VOC的潜在候选材料包括多孔固体吸附剂，例如，碳基材料、含氧材料(例如沸石)、不同类型的粘土(例如坡缕石和蒙脱石)、和硅胶等。这些材料当中，多孔碳质材料凭借其固有的优势显示出作为低成本和稳定性好的吸附剂来消除VOC的巨大潜力。在多孔碳质材料中，AC是应用最广泛的吸附剂，因为其具有大的表面积、微孔结构和丰度高，并且容易获得。

PM是空气中固体和液滴的复杂悬浮混合物，是空气污染物的另一主要组成部分。根据颗粒大小(即，特定空气动力学直径)分类，尺寸小于或等于0.3μm、2.5μm、10μm的PM分别表示为PM0.3、PM2.5和PM10。与PM10和PM2.5相比，PM0.3在全球范围内对各种细菌/病毒的传播效果更好，因为颗粒尺寸更小，能够将它们传播到更远的距离。目前已经开发了一系列用于去除PM的材料，例如多孔膜和纤维基介质，其利用网状支撑结构和曲折的孔隙通道，可以同时拦截PM0.3和输送空气。其中，公认纤维基介质(例如聚丙烯(PP)、聚酯、纤维素、玻璃纤维等)在过滤领域消除PM0.3方面具有主要作用。

在系统探索实际空气过滤要求的过程中，VOC和PM经常混合在一起。然而，典型的多孔吸附剂(如AC)由于缺乏有效的纤维结构而无法捕获PM0.3，活性碳纤维(ACF)是一种具有纤维结构的、具有代表性的多孔吸附剂，但其超过10μm的较大直径使其不利于有效捕获PM0.3；另一方面，传统的纤维(如熔喷PP纤维)不具备大的表面积和纤维表面丰富的微孔，无法捕捉VOC。因此，空气过滤器通常设计为复杂的多层结构，用于深层空气清洁，然而，这增加了制备工艺的复杂性并且导致材料性能受限。因此，开发在纤维表面具有多孔表面和超细纤维结构的高效先进双功能材料具有重要意义，此类材料不仅能够捕获大量VOC，而且能够同时提供高PM0.3去除效率和空气传输。

超细活性碳纤维薄膜材料是一种具有丰富比表面和微孔的网络材料，由于其表面具有丰富的微孔和介孔，比表面巨大，因而被广泛应用于VOC的吸附；同时由于其超细纤维所组成的多孔通道结构，可以在高效拦截污染物颗粒的同时使得气流通过；此外，由于纤维直径小，在相同的面密度条件下，超细纤维搭接孔径小，增大了颗粒物与纤维的碰撞几率，实现了PM的高效过滤。

目前的超细活性碳纤维薄膜材料的制备工艺主要包括：首先，通过特定的纺丝工艺法制备前驱体纤维，然后通过预氧化和碳化等方法将前驱体纤维成碳纤维材料，最后将碳纤维材料进行活化获得活性碳纤维。其中，制备前驱体纤维的方法主要包括静电纺丝、溶液气流纺丝、离心纺丝、熔融拉丝、以及熔喷法。

这些方法当中，静电纺丝、溶液气流纺丝和离心纺丝是典型的溶液制备方法，其特点在于可以制备超细纳米级别的前驱体纤维材料，但是其生产效率低，成本高，目前只适合于实验室级别，工业化应用受限；另一方面，熔融拉丝和熔喷是典型的纤维碳纤维工业化制备方法，熔融拉丝被广泛的应用于碳纤维长纤维制备，熔喷法被广泛的应用于无纺纤维膜材料的制备。

熔喷是一种典型的无纺空气过滤纤维滤材制备方法，被广泛地应用在聚丙烯等纤维材料的制备中，在近年来的新冠病毒防护中做出了巨大贡献。熔喷法的主要纺丝原理为纺丝原料通过气压或者螺杆挤出传输到喷丝模具部分，随后熔体经内喷嘴挤出，高速气流经外喷嘴喷出，前驱体熔体在高速气流的剪切作用下形成射流，伴随着热量的散失与空气的进一步牵伸，到达接收装置的过程中，射流进一步发生分裂、牵伸、细化，最终形成超细纤维材料，并且在气流的辅助下沉积和收集于接收装置上。与静电纺丝相比，熔喷法的纺丝过程没有溶剂挥发，产率高，因此利用熔喷方法是一种潜在的大规模制备具有良好柔韧性超细活性碳纤维薄膜材料的简便、高效的方法。

专利文献1(CN202989480U)公开了一种熔喷法制备沥青基碳纤维毡的生产装置，但是该装置所制备的材料纤维直径在10μm以上，难以制备获得10μm以下的超细碳纤维材料。因此，专利文献1的产品能够通过活化工艺以后去除VOC，但是无法有效去除PM。

专利文献1：CN202989480U

发明内容

针对目前超细活性碳纤维薄膜材料制备效率低、成本高、工艺复杂，或者所制备的纤维较粗、无法实现VOC和PM的同时去除的问题，本发明的一个目的在于提供一种超细活性碳纤维薄膜的制备方法，其可以简便、高效地实现超细活性碳纤维薄膜的大规模制备，并且制备的超细活性碳纤维薄膜具有良好柔韧性，并且纤维直径较小，可以实现VOC和PM0.3的同时去除。

本发明的另一个目的在于提供一种超细活性碳纤维薄膜，其通过本发明的制备方法来制备，具有良好柔韧性，并且纤维直径较小，可以实现VOC和PM的同时去除。

通过本发明人长期的研究，发现通过以下方法方案的实施能够解决上述方法问题：

[1].本发明提供了一种超细活性碳纤维薄膜的制备方法，其包括以下步骤：

(1)纺丝原料的配制和供给步骤：

将纺丝级各向同向沥青过滤，获得沥青原料，将相对于100质量％所述沥青原料为0.001～20质量％的纺丝助剂添加至所述沥青原料中并且进行混合，获得纺丝前驱体混合溶液，并且加入喷丝模具中；

(2)激光辅助熔喷纺丝步骤：

在用激光进行加热的同时，用高速气流将所述纺丝前驱体混合溶液喷丝，并且沉积在接收器上，获得前驱体纤维薄膜，

其中，所述激光在所述喷丝模具上的加热部位为所述喷丝模具的前端处的位置；

(3)预氧化步骤：

对所述前驱体纤维薄膜进行预氧化处理，获得稳定化的前驱体纤维薄膜；

(4)碳化步骤：

对所述稳定化的前驱体纤维薄膜进行碳化处理，获得碳纤维薄膜；和

(5)活化步骤：

对所述碳纤维薄膜进行活化处理，获得超细活性碳纤维薄膜。

[2].根据[1]所述的制备方法，其中，在所述步骤(2)中，

所述激光的加热功率为0.1～100W，优选0.5～50W，更优选20～30W，和

所述加热部位的温度为200～500℃，优选250～450℃，

发射所述激光的激光器与所述喷丝模具之间的距离为5～100cm，优选10～80cm，更优选15～40cm，和

所述喷丝模具的喷丝口与所述接收器之间的距离为10～100cm，优选15～50cm。

[3].根据[1]或[2]所述的制备方法，其中，在所述步骤(2)中，

所述纺丝前驱体混合溶液的喷出速度为0.1～30mL/h，优选1～10mL/h，更优选3～5mL/h；

所述高速气流的温度为100～500℃，优选200～300℃，

所述高速气流的气流流速为1～60m/s，优选10～55m/s，更优选40～50m/s，

所述接收器包括有孔的金属网、塑料网、和无纺布中的一种或两种以上。

[4].根据[1]～[3]中任一项所述的制备方法，其中，在所述步骤(1)中，

所述纺丝助剂包括聚丙烯、涤纶、聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸丁二酯、乙烯甲基丙烯酸酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚氨基甲酸酯中的一种或两种以上。

[5].根据[1]～[4]中任一项所述的制备方法，其中，在所述步骤(3)中，所述预氧化处理的条件为：在空气气氛下以0.1～10℃/分钟的升温速度升温至250～300℃，保温0.5～3h，然后降至室温。

[6].根据[1]～[5]中任一项所述的制备方法，其中，在所述步骤(4)中，所述碳化处理的条件为：在惰性气氛中以0.5～15℃/分钟的升温速度升温至800～1200℃，保温1～3h，随后在惰性气体的保护下降至室温。

[7].根据[1]～[6]中任一项所述的制备方法，其中，在所述步骤(5)中，所述活化处理的条件为：在惰性气氛中以0.5～15℃/分钟的升温速度升温至800～1200℃，随后在活化气氛下进行活化处理0.1～2h，随后在惰性气体的保护下降至室温。

[8].根据[6]或[7]所述的制备方法，其中，在所述步骤(4)和(5)中，所述惰性气氛包括氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、氙气和氡气中的一种或两种以上。

[9].根据[7]所述的制备方法，其中，在所述步骤(5)中，所述活化气氛包括水蒸气、二氧化碳、氢氧化钠、和氢氧化钾中的一种或两种以上。

[10].本发明还提供了一种超细活性碳纤维薄膜，其中，

所述超细活性碳纤维薄膜为通过[1]～[9]中任一项所述的制备方法制备的所述超细活性碳纤维薄膜，其中，

纤维的平均直径为0.3～10μm，优选0.5～5μm，更优选1～3μm，

所述超细活性碳纤维薄膜的面密度为5～200mg/cm

通过上述方法方案的实施，本发明能够获得如下的方法效果：

本发明的超细活性碳纤维薄膜的制备方法可以获得纤维直径较小的超细活性碳纤维薄膜，可以同时去除VOC和PM0.3；该方法无溶剂挥发，原料纤维产率远高于静电纺丝(原料纤维产率通常为20％左右)等方法。因此，本发明的制备方法不仅能够满足于实验室研究，而且可以扩展到工业应用，实现了超细活性碳纤维薄膜的简单、低成本、高效率制备，具有优异的产业化应用前景。

本发明的超细活性碳纤维薄膜的制备方法所制备的超细活性碳纤维薄膜纤维直径较小、可以同时去除VOC和PM0.3。

附图说明

图1：根据本发明的实施例1的超细活性碳纤维薄膜的扫描电子显微镜(SEM)图像，图1A和图1B分别为放大倍数为500倍、和2000倍的SEM图像。

图2：根据本发明的实施例1的超细活性碳纤维薄膜的氮气吸附曲线。

图3：根据本发明的实施例1的超细活性碳纤维薄膜的孔宽度分布曲线。

图4：根据本发明的实施例1和比较例1的激光加热情况照片。图4A为使用本发明的激光加热的实施例1的情况；图4B为不使用本发明的激光加热的比较例1的情况。

具体实施方式

以下将详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好地说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域方法人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于本领域方法人员熟知的方法、手段、器材和步骤未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

如无特殊声明，本说明书中所使用的单位均为国际标准单位，并且本发明中出现的数值，数值范围，均应当理解为包含了工业生产中所不可避免的系统性误差。

本说明书中，除非另有特别说明，否则“％”均表示质量百分含量。

本说明书中，使用“可以”表示的含义包括了进行某种处理以及不进行某种处理两方面的含义。

本说明书中，所提及的“一些具体/优选的实施方案”、“另一些具体/优选的实施方案”、“实施方案”等是指所描述的与该实施方案有关的特定要素(例如，特征、结构、性质和/或特性)包括在此处所述的至少一种实施方案中，并且可存在于其它实施方案中或者可不存在于其它实施方案中。另外，应理解，所述要素可以任何合适的方式组合在各种实施方案中。

本说明书中，使用“数值XX～数值YY”表示的数值范围是指包含端点数值XX、YY的范围。

本说明书中，使用“室温”指的是25℃的温度条件。

本发明的第一方面提供了一种超细活性碳纤维薄膜的制备方法，其包括以下步骤(1)～(5)：(1)纺丝原料的配制和供给步骤；(2)激光辅助熔喷纺丝步骤；(3)预氧化步骤；(4)碳化步骤；和(5)活化步骤。

以下将详细描述各步骤。

根据本发明的一个实施方案，在纺丝原料的配制和供给步骤中，将纺丝级各向同向沥青过滤，获得沥青原料。

根据本发明的一个实施方案，获得沥青原料之后，将纺丝助剂添加至沥青原料中进行混合，以获得纺丝前驱体混合溶液。

其中，纺丝助剂包括聚丙烯、涤纶、聚酯、聚酰胺、聚乙烯、聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸丁二酯(PET)、乙烯甲基丙烯酸酯(EMA)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚氨基甲酸酯中的一种或两种以上。

在本发明的一个具体实施方案中，可以使用单独一种纺丝助剂。在本发明的另一个具体实施方案中，可以使用两种以上纺丝助剂的组合。在该情况下，可以将两种以上纺丝助剂分别添加至所述沥青原料中，也可以将两种以上纺丝助剂混合，其后，将获得的纺丝助剂的混合物添加至上述获得的沥青原料中。

纺丝助剂的添加量(在使用两种以上纺丝助剂的情况下，为全部纺丝助剂的总量)相对于100质量％沥青原料为0.001～20质量％，优选0.1～18质量％，更优选1～15质量％。

将纺丝助剂添加至沥青原料中之后，通过搅拌使得混合物均匀。对搅混合物的方法没有特别限定，只要可以将混合物搅拌均匀以获得纺丝前驱体混合溶液即可。搅拌方法可以包括机械搅拌或磁力搅拌。其中，机械搅拌包括螺杆挤出机搅拌。

根据本发明的一个实施方案，获得纺丝前驱体混合溶液之后，将其加入喷丝模具中。具体地，将纺丝前驱体混合溶液加入喷丝模具中，并且供给至喷丝模具的喷丝口。

其中，对将纺丝前驱体混合溶液供给至喷丝模具中的供给方式没有特别限定，并且该供给方式可以包括气压给料或螺杆挤出给料。

根据本发明的一个实施方案，在激光辅助熔喷纺丝步骤中，在用激光进行加热的同时，用高速气流将上述步骤(1)中获得的纺丝前驱体混合溶液喷丝，并且沉积在接收器上，以获得前驱体纤维薄膜。

其中，喷丝模具上的加热部位为喷丝模具的前端处的位置。具体地，加热部位可以为喷丝模具的前端处的局部位置。

在本发明的一个实施方案中，采用激光加热的方式是无接触激光加热。

在本发明的一个具体的实施方案中，可以采用一个激光器对喷丝模具进行加热，也可以采用两个以上激光器同时对喷丝模具进行加热。在采用两个以上激光器同时对喷丝模具进行加热的情况下，两个以上激光器可以配置为使得其发射出的两个以上激光照射在喷丝模具上的不同加热部位处，并且该两个以上的加热部位可以均匀地分布在喷丝模具上。

与传统的焦耳加热方式相比，本发明的制备方法通过在激光辅助熔喷纺丝步骤中采用本发明的激光加热方式，可以实现更高温度的熔体加热，并且具有更加可控、无污染、能耗更低的优势。更重要的是，本发明激光加热方式可以仅对喷丝模具的前端处的位置进行加热就可以将从喷丝口喷出的纺丝前驱体混合溶液加热至所需的温度，而不需要对混合溶液整体进行加热。因此，可以在极大地保证低能耗的情况下提升混合溶液的温度，降低从喷丝口喷出的纺丝的粘度，减小纺丝的阻力，使得由此获得的前驱体纤维薄膜中，纤维的直径较小。因此，使用此类前驱体纤维薄膜进行后述的预氧化、碳化、和活化步骤而获得的超细活性碳纤维薄膜的纤维直径较小，可以实现VOC和PM的同时除去。

根据本发明的一个实施方案，在上述激光加热方式中，激光的加热功率为0.1～100W。如果激光的加热功率过小，则无法将喷丝模具中的前驱体混合溶液加热至所需的温度，无法实现本发明的超细活性碳纤维薄膜的纤维直径小的效果；如果激光的加热功率过大，则不利于节能，影响大规模工业应用。

本发明人通过深入研究发现，随着激光器的激光功率的增加，从喷丝口喷出的纺丝前驱体混合溶液的粘度降低，从而在相同流速的气流牵伸的情况下，纤维的直径变细。在本发明的一个实施方案中，激光的加热功率优选0.5～50W，更优选20～30W。

根据本发明的一个实施方案，在激光辅助熔喷纺丝步骤中，通过上述激光加热，使喷丝模具上的加热部位的温度为200～500℃。如果加热部位的温度过低，则无法实现本发明的超细活性碳纤维薄膜的纤维直径小的效果；如果加热部位的温度过高，则不利于节能，影响大规模工业应用。喷丝模具上的加热部位的温度优选为250～450℃。

根据本发明的一个实施方案，在激光辅助熔喷纺丝步骤中，用于发射加热喷丝模具的激光的激光器与待加热的喷丝模具之间的距离为5～100cm，优选10～80cm，更优选15～40cm。如果上述距离过近，则会导致喷丝过程中热量散失不充分，发生并丝，并且最终影响薄膜的性能；如果上述距离过远，则会导致接收器的抽吸风机功率增加，不利于节能。

根据本发明的一个实施方案，在激光辅助熔喷纺丝步骤中，喷丝口与接收器之间的距离为10～100cm，优选15～50cm。

根据本发明的一个实施方案，在激光辅助熔喷纺丝步骤中，纺丝前驱体混合溶液的喷丝过程中，纺丝前驱体混合溶液从喷丝口喷出，形成超细射流。其中，纺丝前驱体混合溶液从喷丝口喷出时的喷出速度为0.1～30mL/h，优选1～10mL/h，更优选3～5mL/h。如果喷出速度过大，则在相同的流速下牵伸不充分，则无法实现本发明的超细活性碳纤维薄膜的纤维直径小的效果；如果喷出速度过小，则使得纤维的产量极小，成本增加。

根据本发明的一个实施方案，在激光辅助熔喷纺丝步骤中，使用高速气流使纺丝前驱体溶液形成射流。其中，高速气流的温度为100～500℃，优选200～300℃。此外，该高速气流的气流流速为1～60m/s，优选10～55m/s，更优选40～50m/s。

根据本发明的一个实施方案，高速气流可以包括高速压缩空气、高速压缩氮气、和高速压缩氩气。在本发明的一个具体实施方案中，高速气流为高速压缩空气。

根据本发明的一个实施方案，在激光辅助熔喷纺丝步骤中，接收器的材料包括有孔的金属网、塑料网、和无纺布中的一种或两种以上。

根据本发明的一个实施方案，在预氧化步骤中，对上述步骤(2)中获得的前驱体纤维薄膜进行预氧化处理，获得稳定化的前驱体纤维薄膜。

根据本发明的一个实施方案，预氧化步骤中预氧化处理的条件为：将前驱体纤维薄膜在空气气氛下以0.1～10℃/分钟的升温速度升温至250～300℃，保温0.5～3h以进行预氧化处理，然后降至室温，从而获得稳定化的前驱体纤维薄膜。

根据本发明的一个实施方案，在碳化步骤中，对上述步骤(3)中获得的稳定化的前驱体纤维薄膜进行碳化处理，获得碳纤维薄膜。

根据本发明的一个实施方案，碳化处理的条件为：在惰性气氛中以0.5～15℃/分钟的升温速度升温至800～1200℃，保温1～3h以进行碳化处理，随后在惰性气体的保护下降至室温，从而获得碳纤维薄膜。

其中，惰性气氛可以包括氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、氙气和氡气中的一种或两种以上。

根据本发明的一个实施方案，在活化步骤中，对上述步骤(4)中获得的碳纤维薄膜进行活化处理，获得超细活性碳纤维薄膜。

根据本发明的一个实施方案，活化处理的条件为：在惰性气氛中以0.5～15℃/分钟的升温速度升温至800～1200℃，随后在活化气氛下进行活化处理0.1～2h，随后在惰性气体的保护下降至室温，从而获得超细活性碳纤维薄膜。

其中，惰性气氛包括氮气、氩气、氦气、氖气、氪气、氙气和氡气中的一种或两种以上。

此外，活化气氛包括水蒸气、二氧化碳、氢氧化钠、和氢氧化钾中的一种或两种以上。

本发明的第一方面的制备方法通过上述步骤(1)～(5)，可以获得纤维直径较小、可以同时去除VOC和PM的超细活性碳纤维薄膜。

本发明的第二方面提供了一种超细活性碳纤维薄膜，其通过本发明的第一方面的制备方法来制备，可以同时去除VOC和PM。

根据本发明的一个实施方案，超细活性碳纤维薄膜由多层堆叠的超细活性碳纤维层构成，具有各向异性的多孔层状结构，其多层结构使碳气凝胶材料具有良好的气体通过性能和柔韧性。

根据本发明的一个实施方案，超细活性碳纤维薄膜中，纤维的平均直径为0.3～10μm，优选0.5～5μm，更优选1～3μm，可以同时去除VOC和PM。

根据本发明的一个实施方案，超细活性碳纤维薄膜的面密度为5～200mg/cm

与传统的直径较大的活性碳纤维相比，根据本发明的实施方案的超细活性碳纤维薄膜中，单根纤维具有较高的比表面积，表面存在大量的微孔和介孔，这些微孔和介孔为VOC分子提供了大量的吸附位点，使本发明的超细活性碳纤维薄膜具有优异的VOC吸附效率。根据本发明的实施方案的超细活性碳纤维薄膜的比表面积为300～2500m

另一方面，由于本发明的超细活性碳纤维薄膜由超细活性碳纤维相互搭接堆积而成多孔结构，因此具有很高的孔隙率，孔径较小，在相同的体积密度下，可以增加PM颗粒物与碳纤维的碰撞几率，从而有效地提高过滤效果。根据本发明的实施方案的超细活性碳纤维薄膜的孔隙率为80％以上，优选85％以上，更优选90％以上，并且该孔隙率是可调的。

因此，本发明超细活性碳纤维薄膜实现了同一种材料对VOC和PM和同时除去。

此外，根据本发明的实施方案的超细活性碳纤维薄膜由于具备层状的结构，可以裁切为任意期望的形状，并且由此可以堆叠为期望的厚度，应用于各种空气净化装置中。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。这些实施例仅用于说明本发明，而不能理解为对本发明的限制。此外需理解，在阅读了本发明公开的内容后，相关领域方法人员可以对本发明做各种修改，包括在现有组分基础上添加其他成分，这些等价形式同样在本申请所附权利要求书限定的范围内。

通过以下步骤(1)～(5)制备超细活性碳纤维薄膜1：

(1)纺丝原料的配制和供给步骤：将纺丝级各向同向沥青过滤，获得沥青原料。然后，将1g聚丙烯添加到19g过滤后的沥青原料粉末中，通过螺杆挤出机搅拌以2000rpm的转速搅拌均匀，以获得纺丝助剂的质量浓度为5％的纺丝前驱体混合溶液1；

(2)激光辅助熔喷纺丝步骤：在用激光对喷丝模具进行加热的同时，用流速为50m/s、温度为200℃的高速压缩空气将纺丝前驱体混合溶液1以5mL/h的基础速度从喷丝口喷出，将纤维沉积在距离喷丝口30cm的金属网接收器上，以获得前驱体纤维薄膜1。

其中，激光的加热功率为27.5W，喷丝模具上的加热部位的温度为330℃，激光器与喷丝模具之间的距离为20cm；

(3)预氧化步骤：将获得的前驱体纤维薄膜1在空气气氛下以0.5℃/

分钟的升温速度升温至270℃，进行预氧化处理0.5h，然后降至室温，以获得稳定化的前驱体纤维薄膜1；

(4)碳化步骤：将获得的稳定化的前驱体纤维薄膜1在氮气气氛中以5℃/分钟的升温速度升温至900℃，进行碳化处理2h，随后在氮气气氛中降温至室温，以获得碳纤维薄膜1。

(5)活化步骤：将获得的碳纤维薄膜1在氮气气氛中以5℃/分钟的升温速度升温至900℃，随后在二氧化碳气氛中活化0.5h后，在氮气气氛中降温至室温，以获得超细活性碳纤维薄膜1。

通过称量获得的超细活性碳纤维薄膜1，计算单位面积内的质量来获得面密度，所得的面密度值为50mg/cm

使用SEM观察所得超细活性碳纤维薄膜1，不同放大倍数下的SEM图像如图1A和图1B所示，测量材料中纤维的平均直径，所得的纤维的平均直径为1.5μm。

图2示出超细活性碳纤维薄膜1的氮气吸附体积(V

此外，使用超细活性碳纤维薄膜1进行PM去除试验和VOC吸附试验。结果表明，PM的去除效率为97％，VOC吸附能力为706mg/g。

通过以下步骤(1)～(5)制备超细活性碳纤维薄膜2：

(1)纺丝原料的配制和供给步骤：将纺丝级各向同向沥青过滤，获得沥青原料。然后，将2g聚酯添加到18g过滤后的沥青原料粉末中，通过机械搅拌以1500rpm的转速搅拌均匀，以获得纺丝助剂的质量浓度为10％的纺丝前驱体混合溶液2；

(2)激光辅助熔喷纺丝步骤：在用激光对喷丝模具进行加热的同时，用流速为50m/s、温度为250℃的高速压缩空气将纺丝前驱体混合溶液2以5mL/h的基础速度从喷丝口喷出，将纤维沉积在距离喷丝口15cm的金属网接收器上，以获得前驱体纤维薄膜2。

其中，激光的加热功率为23.2W，喷丝模具上的加热部位的温度为300℃，激光器与喷丝模具之间的距离为15cm；

(3)预氧化步骤：将获得的前驱体纤维薄膜2在空气气氛下以1℃/分钟的升温速度升温至300℃，进行预氧化处理2h，然后降至室温，以获得稳定化的前驱体纤维薄膜2；

(4)碳化步骤：将获得的稳定化的前驱体纤维薄膜2在氮气气氛中以10℃/分钟的升温速度升温至1000℃，进行碳化处理2h，随后在氮气气氛中降温至室温，以获得碳纤维薄膜2。

(5)活化步骤：将获得的碳纤维薄膜2在氮气气氛中以5℃/分钟的升温速度升温至1000℃，随后在二氧化碳气氛中活化1h后，在氮气气氛中降温至室温，以获得超细活性碳纤维薄膜2。

对超细活性碳纤维薄膜2进行与实施例1中相同的测量，获得的超细活性碳纤维薄膜2的面密度为30mg/cm

通过以下步骤(1)～(5)制备超细活性碳纤维薄膜3：

(1)纺丝原料的配制和供给步骤：将纺丝级各向同向沥青过滤，获得沥青原料。然后，将1gEVA添加到19g过滤后的沥青原料粉末中，通过螺杆挤出机搅拌以1600rpm的转速搅拌均匀，以获得纺丝助剂的质量浓度为5％的纺丝前驱体混合溶液3；

(2)激光辅助熔喷纺丝步骤：在用激光对喷丝模具进行加热的同时，用流速为40m/s、温度为260℃的高速压缩空气将纺丝前驱体混合溶液3以3mL/h的基础速度从喷丝口喷出，将纤维沉积在距离喷丝口20cm的金属网接收器上，以获得前驱体纤维薄膜3。

其中，激光的加热功率为21W，喷丝模具上的加热部位的温度为270℃，激光器与喷丝模具之间的距离为25cm；

(3)预氧化步骤：将获得的前驱体纤维薄膜3在空气气氛下以2℃/分钟的升温速度升温至270℃，进行预氧化处理3h，然后降至室温，以获得稳定化的前驱体纤维薄膜3；

(4)碳化步骤：将获得的稳定化的前驱体纤维薄膜3在氮气气氛中以5℃/分钟的升温速度升温至900℃，进行碳化处理1h，随后在氮气气氛中降温至室温，以获得碳纤维薄膜3。

(5)活化步骤：将获得的碳纤维薄膜3在氮气气氛中以5℃/分钟的升温速度升温至900℃，随后在二氧化碳气氛中活化0.5h后，在氮气气氛中降温至室温，以获得超细活性碳纤维薄膜3。

对超细活性碳纤维薄膜3进行与实施例1相同的测量，获得的超细活性碳纤维薄膜3的面密度为35mg/cm

通过以下步骤(1)～(5)制备超细活性碳纤维薄膜4：

(1)纺丝原料的配制和供给步骤：将纺丝级各向同向沥青过滤，获得沥青原料。然后，将2g PET添加到18g过滤后的沥青原料粉末中，通过磁力搅拌以2000rpm的转速搅拌均匀，以获得纺丝助剂的质量浓度为10％的纺丝前驱体混合溶液4；

(2)激光辅助熔喷纺丝步骤：在用激光对喷丝模具进行加热的同时，用流速为40m/s、温度为250℃的高速压缩空气将纺丝前驱体混合溶液4以5mL/h的基础速度从喷丝口喷出，将纤维沉积在距离喷丝口20cm的金属网接收器上，以获得前驱体纤维薄膜4。

其中，激光的加热功率为22W，喷丝模具上的加热部位的温度为284℃，激光器与喷丝模具之间的距离为18cm；

(3)预氧化步骤：将获得的前驱体纤维薄膜4在空气气氛下以1℃/分钟的升温速度升温至270℃，进行预氧化处理2h，然后降至室温，以获得稳定化的前驱体纤维薄膜4；

(4)碳化步骤：将获得的稳定化的前驱体纤维薄膜4在氮气气氛中以10℃/分钟的升温速度升温至1000℃，进行碳化处理1h，随后在氮气气氛中降温至室温，以获得碳纤维薄膜4。

(5)活化步骤：将获得的碳纤维薄膜4在氮气气氛中以5℃/分钟的升温速度升温至1000℃，随后在二氧化碳气氛中活化1h后，在氮气气氛中降温至室温，以获得超细活性碳纤维薄膜4。

对超细活性碳纤维薄膜4进行与实施例1中相同的测量，获得的超细活性碳纤维薄膜4的面密度为20mg/cm

本发明的超细活性碳纤维薄膜1～4由于通过本发明的超细活性碳纤维薄膜的制备方法来制备，无溶剂挥发，因此原料纤维产率高，均为98％以上。

另一方面，本发明的超细活性碳纤维薄膜1～4的PM的去除效率均在90～98％的范围内，VOC吸附能力均在700～706mg/g的范围内。

除了在熔喷纺丝步骤中不使用激光进行加热(相当于激光的加热功率为0W的情况)以外，以与实施例1进行相同的步骤，获得比较活性碳纤维薄膜1。实施例1和比较例1的激光加热情况照片如图4所示。其中，图4A为使用本发明的激光加热的实施例1的情况；图4B为不使用本发明的激光加热的比较例1的情况。

对比较活性碳纤维薄膜1进行与实施例1中相同的测量，获得的比较活性碳纤维薄膜1的纤维的平均直径为15μm。

通过实施例1与比较例1的对比可知，通过传统熔喷方法制备的活性碳纤维薄膜的纤维的平均直径远大于本申请的纤维直径，无法实现VOC和PM的同时除去。

本发明提供的超细活性碳纤维薄膜的制备方法及其制备的同时去除VOC和PM的超细活性碳纤维薄膜可以实现简便、高效、大规模地制备具有良好柔韧性、并且可以实现VOC和PM的同时去除的超细活性碳纤维材料，可以在工业上应用。