表面化学改性气相吸附用活性炭的研究进展

本文总结了活性炭气相吸附机制,并从表面氧化改性、表面还原改性及表面负载金属改性方面叙述了国内外在气相吸附用活性炭改性方面的研究进展。其中,氧化改性主要是利用强氧化剂在适当条件下对活性炭表面官能团进行氧化处理,增加表面含氧酸性基团含量,使其表面极性增加;表面还原该性是利用还原剂在适当条件下对活性炭表面官能团进行还原改性,提高含氧碱性基团含量,增强了表面非极性。对活性炭改性机理的深入细致研究将会是未来活性炭研究领域的主要方向。     

活性炭性质对其吸附水中硝基苯性能的影响

通过对活性炭进行HNO3氧化及热处理改性,研究了活性炭性质对其吸附硝基苯性能的影响.以低温液氮(N2/77 K)吸附测定活性炭的比表面积和孔容、孔径分布;以Boehm滴定、零电荷点pHPZC的测定及元素分析定量表征活性发表面含氧官能团变化.结果表明:经改性后,活性炭比表面积及总孔容略有减小,表面性质发生较大变化.改性活性炭对硝基苯的吸附容量明显改变,吸附容量大小依次为:AC1′＞AC0′＞AC0＞AC1.经硝酸氧化后,比表面积下降、存在过多表面含氧官能团是导致AC1吸附硝基苯能力降低的主要原因;而AC1'表面适量酚羟基所提供的氢键吸附是其对硝基苯吸附量增加的主要原因.     

活性炭纤维的改性及对Cu~(2+)吸附性能影响的研究

采用硝酸、磷酸、磷酸二氢铵和硝酸铜水溶液对聚丙烯腈基活性炭纤维(PAN-ACF)进行浸渍改性,制备了4种改性活性炭纤维(ACF1-ACF4)。测定了改性活性炭纤维表面含氧酸性官能团、零电荷点、比表面积和孔容,评价了改性纤维对铜离子的吸附性能。结果表明改性后活性炭纤维表面含氧酸性官能团明显增加,其零电荷点相应降低,比表面积和微孔孔容增大。改性活性炭纤维对Cu2+的吸附容量显著提高,其中ACF2吸附性能最佳,其吸附容量从改性前的4.80 mg/g增加到17.32 mg/g,提高了3.6倍。     

酸碱改性活性炭及其对甲苯吸附的影响

分别用酸溶液(H_2SO_4、HNO_3、H_3PO_4)和碱溶液(NaOH或NH_3·H_2O)浸渍方法对活性炭进行改性,并对酸改性活性炭进行碱溶液二次改性处理,通过表征改性前后活性炭BET比表面积、孔结构、表面官能团等理化特征和测定其对甲苯蒸气的饱和吸附量,研究了影响活性炭吸附甲苯蒸气的关键因素.结果表明,酸改性使BET比表面积、微孔面积、微孔容积减少、表面酸性官能团增加,而碱改性呈现相反的理化特征变化.活性炭理化特征的变化可能与改性溶液的酸碱性、氧化还原性有关,并且这种相反的变化直接关系到活性炭对甲苯蒸气的吸附.3种酸改性的活性炭对甲苯蒸气饱和吸附量相对于原活性炭减少9.6%~20.0%,而两种碱改性的活性炭则增加29.2%~39.2%.相关性分析显示甲苯吸附量与BET比表面积、微孔面积、微孔容积正相关,而与表面酸性官能团负相关;多元回归分析进一步表明微孔容积和酸性官能团数量是影响活性炭甲苯吸附的关键因素.二次改性活性炭甲苯吸附量与表面含氧酸性官能团拟合结果则表明,—COOH、C＝O和—OH都对活性炭甲苯吸附能力有影响,其中—COOH影响较大.研究结果表明有效提高活性炭对甲苯吸附能力,改性宜以提高活性炭微孔容积和减小活性炭表面酸性官能团数量,特别是—COOH数量为目标导向.     

活性炭孔结构和表面化学性质对吸附硝基苯的影响

通过对活性炭HNO3氧化及随后的N2:气氛中热处理,研究了活性炭性质对其吸附硝基苯性能的影响.以低温液氮(N2/77K)吸附测定活性炭的比表面积和孔容、孔径分布,以SEM观测活性炭表面形貌,以Boehm滴定、FTIR、零电荷点pHpzc测定及元素分析定量表征活性炭表面含氧官能团变化.结果表明, HNO3氧化可以显著改变活性炭表面化学性质,增加活性炭表面酸性含氧官能团数量,对活性炭孔隙结构影响不大.随后N2:气氛中热处理可以造成活性炭表面酸性含氧官能团分解,外表面积增大,微孔烧蚀为中孔.硝基苯在活性炭上的吸附基本符合Langmuir方程,改性后活性炭对硝基苯的吸附容量明显改变, ACNO-T、ACraw、ACNO吸附容量分别为1011.31、483.09、321.54 mg·g-1.较大的外表面积、适宜数量的中孔以及较少的酸性含氧官能团是ACNO-T对硝基苯表现出较高吸附容量的主要原因.     

活性炭的表面性质对CeOx/AC催化臭氧氧化水中苯甲酸的影响机制

实验对活性炭(activated carbon,AC)进行了氧改性、氮改性、硫改性和氮-硫共改性,考查AC的表面性质对CeO_x/AC催化臭氧氧化苯甲酸性能的影响.结果表明,相比氧改性活性炭ACO、硫改性活性炭ACS和氮改性活性炭ACN,氮-硫共改性活性炭ACNS由于含氮官能团和含硫官能团的引入,提高了对苯甲酸的吸附性能和催化臭氧氧化性能.采用氮-硫共改性活性炭为载体制备的CeO_x/ACNS催化剂表面Ce~(3+)含量最高,因而具有最高的催化活性,反应30 min,苯甲酸的去除率由单独臭氧氧化的22%提高到88%,TOC的去除率单独臭氧氧化的7%提高到55%.CeO_x/ACNS催化剂具有良好的稳定性,循环使用6次,苯甲酸的去除率仅从88%降低到82%,整个过程中活性组分Ce的流失只占负载量的0.32%,是一种很有应用潜力的臭氧氧化催化剂.     

抑制饮用水中亚硝酸盐形成的研究

利用强氧化剂对活性炭进行改性,改变了活性炭表面官能团的性质,使原来具有催化还原能力的官能团,改性为具氧化能力的官能团,从而抑制了活性炭吸附水中亚硝酸盐的形成,使出水中亚硝酸盐浓度从未改性活性炭的2.0mg/L,降低为改性后的0.01 mg/L.     

颗粒活性炭改性同步去除水中铅、铬的研究

为提高颗粒活性炭同步去除水中铅、铬污染物的能力,分别使用氧化铁、氧化锰、十六烷基三甲基溴化铵(HTMAB)和氯化十六烷基吡啶(CPC)制作改性活性炭(Fe Cl3-AC,Mn O2-AC,HTMAB-AC,CPC-AC)。通过测定4种改性活性炭表面的等电点p H、酸碱官能团和扫描电子显微镜图像,研究4种改性活性炭吸附效果优异并分析其中原因。结果表明:Fe Cl3-AC同步去除铅、铬效果最佳,HTMAB-AC、CPC-AC与原炭效果持平,Mn O2-AC效果还不及原炭。从等电点p H来看,Fe Cl3-AC拥有较低的等电点p H,有利于静电吸附铬酸根阴离子团;从酸性基团数目来看,Fe Cl3-AC表面拥有较多酸性官能团,有利于离子交换作用,保证了对铅离子较高的吸附效率;从SEM来看,Fe Cl3-AC上Fe Cl3负载均匀,有效改善了活性炭表面特性,有利于吸附。     

改性活性炭对水溶液中苯酚的吸附研究

研究了活性炭在酸（HNO3,H2SO4,HCI）和碱（NaOH,氨水）处理后对苯酚吸附性能的影响,测定了活性炭的亚甲基蓝值、碘值扣表面官能团等基本物理化学参数。研究发现：碱改性使活性炭上酸性官能团数量减少。碱性官能团增加,增强了活性炭对苯酚类疏水性物质的吸附客量。NaOH、氨水改性活性炭对苯酚的吸附值比未改性活性炭分别提高了56,70％和47．40％。     

粒径与前驱体对活性炭催化臭氧氧化的影响

利用煤质、木质、椰壳3种前驱体活性炭制得6种粒级共18种活性炭样品,作为催化剂进行催化臭氧降解草酸的效果研究.结果表明,减小活性炭粒径对催化臭氧氧化效率提升效果显著,160~300目活性炭催化臭氧氧化降解草酸速率常数是10~20目颗粒活性炭的9.2~19.0倍.煤质160~300目活性炭催化臭氧氧化降解效果最佳.活性炭粒径的倒数与催化臭氧氧化伪一级动力学速率常数呈线性关系.对官能团的滴定表明,活性炭表面的羟基数量与催化臭氧氧化一级动力学速率常数存在较为明显的指数关系.