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.     

表面酸碱2步改性对活性炭吸附Cr(Ⅵ)的影响

研究了酸碱2步改性对活性炭吸附水相中Cr(Ⅵ)的影响.将活性炭(AC₀)在HNO₃溶液中氧化(AC₁),然后在NaOH和NaCl的混合液中处理(AC₂).分别采用平衡和连续吸附试验,测试Cr(Ⅵ)的吸附特征.以Boemh滴定法定量检测活性炭表面酸性官能团数量,结合元素分析结果定量表征活性炭的表面含氧官能团变化;以低温液氮(N₂/77K)吸附法分析活性炭的比表面积和孔径结构.结果表明:活性炭经2步改性后,其Cr(Ⅵ)的吸附容量和吸附速度均显著改变.吸附容量和吸附速度大小依次为AC₂>AC₁>AC₀.改性活性炭表面积下降,表面含氧酸性官能团数量增加.HNO₃液相氧化处理可使活性炭表面生成带正电含氧酸性官能团,第2步改性后活性炭表面酸性官能团H⁺部分被Na⁺取代,使活性炭表面酸性降低.表面较多的含氧酸性官能团(与AC₀相比)、适宜的表面pH(与AC₁相比)是AC₂所表现出较高Cr(Ⅵ)吸附容量的主要原因.     

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.     

改性活性炭对水溶液中双酚-A的吸附研究

采用HNO3、NaOH及高温N2对商用炭WV A1100进行表面改性处理,并利用BET、XPS、pH.及Boehm方法对活性炭进行物化表征.结果表明,HNO3改性明显降低了W20的比表面积,增加了其表面酸性含氧官能团数量,使等电点(pHpae)由4.95降至1.50;高温N2和NaOH改性处理后炭表面化学性质变化与HNO3氧化基本相反,pHp.升至近中性,其中高温N2处理降低了43.81%的表面积.另外,活性炭对双酚-A(BPA)的吸附实验结果表明,吸附体系中溶解氧的存在不会促使BPA在W20表面发生酚氧自由基氧化耦合,并且原炭W20、高温N2和NaOH改性处理后炭对BPA的吸附等温线结果满足Langmiur模型,而HNO3改性炭的吸附行为更符合Freundlich模型,其中高温N2改性炭表现出最好的吸附BPA能力,饱和吸附量值达到了526.32mg/g,是能力最差炭(HNO3改性)的3倍,结合表征结果分析得出,在吸附体系中炭表面的憎水性和静电荷密度,是控制分子态BPA吸附过程的主要因素,即吸附主要遵循π-π理论.     

硝酸改性活性炭特征及其催化臭氧氧化性能

采用硝酸氧化对颗粒活性炭进行改性处理,研究了硝酸改性后活性炭结构和表面化学性质,及其对酸性大红3R的吸附能力和催化臭氧氧化去除效果的影响。结果表明,硝酸改性后,活性炭比表面积减小,微孔孔容减小,中孔孔容增大。活性炭表面以羧基为主的酸性含氧官能团随着硝酸改性浓度提高而显著增加,并对其吸附能力和催化臭氧氧化能力产生显著影响。硝酸改性活性炭吸附能力在碱性条件下由于表面酸性官能团和酸性大红3R之间的静电作用而有所降低;在酸性条件下由于二者的色散作用而增强。表面酸性官能团在碱性条件下参与臭氧分解,产生·OH,增强了硝酸改性活性炭对酸性大红3R的催化臭氧氧化去除效果。     

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。     

微波改性活性炭对苯酚的吸附性能研究

采用N2低温吸附/脱附、Boehm滴定对活性炭的孔结构和表面含氧官能团进行表征,研究微波热处理对活性炭的吸附性能的影响。用Langmuir和Freundlich吸附等温模型对活性炭的吸附性能进行评价,比较了溶液pH和吸附温度对改性前后活性炭的吸附能力影响,运用准一次方动力学模型和准二次方动力学模型对2种活性炭的吸附动力学进行研究。结果表明:微波热处理改性活性炭可提高活性炭对苯酚的吸附性能。     

控制热分解条件下制备生物炭及其表征

以稻杆为原料,以KOH溶液为浸渍剂,在控制热分解条件下制备生物炭。采用N2吸附、碘吸附、Boehm滴定、元素分析、XRD和FTIR等方法对生物炭进行了表征,并探讨了KOH浸渍和热分解条件对生物炭孔结构,尤其是表面化学性质的影响。结果表明:KOH浸渍处理后生物炭比表面积和总孔容积明显增大,有利于生成强酸性官能团和减少可挥发性有机碳以及生成更为稳定的表面含氧官能团;生物炭吸碘值随着炭化温度升高和时间延长总体呈先上升后下降的趋势;气氛组成对生物炭孔结构和化学性质有重要影响,N2-NH3混合气氛条件下制备生物炭的比表面积、总孔容积、中孔率和吸附性能都显著大于纯N2气氛下制备的生物炭,而表面酸性含氧官能团数量明显减少,同时引入含氮碱性基团,并使生物炭表面极性增强。     

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。     

改性颗粒活性炭吸附低浓度甲醛的试验研究

通过试验研究了表面改性方法、焙烧气氛和气相水分对颗粒活性炭(GAC)吸附低浓度甲醛性能的影响。结果表明:3%HNO3浸泡改性可增加GAC表面的含氧官能团,显著改善GAC对甲醛的吸附性能,并延长吸附穿透时间;O2气氛下焙烧所得GAC的吸附效果优于N2气氛下焙烧的GAC;反应气体含水1.5%时,GAC对甲醛的吸附性能明显降低。另外,分别采用低温N2吸附法和傅立叶红外光谱法表征了3%NHO3浸泡改性前、后GAC的孔结构和孔表面化学性质的差别,从而揭示了GAC的吸附性能与孔结构、孔表面化学性质之间的关系。     

Effect of oxidation treatment on the adsorption and the stability of mercury on activated carbon

Oxidation treatment on the adsorption and the stability of Hg on activated carbon （AC） was inrestigated. Both MnO2-AC and FeCl3-AC were produced during oxidation treatment. The measurement of modified AC＇s mercury adsorption capacity was conducted in a simulated coal-fired flue gas by adsorbing test apparatus. TCLP and column leaching methods were used to test the stability of mercury adsorbed on ACs. The results indicate that the oxidation treatment changed the pore structure of the AC and modified the carbon surface by creating chemical components such as MnO4^-, Mn^4＋, O, NO^3-, Fe^3＋, Cl^-, etc. The Hg sorption capacity on MnO2-AC or FeCl3-AC was about three times higher than that of untreated carbon. In addition, the mercury control cost of each of the formers was about the half cost of the untreated carbon. The stability of Hg absorption was studied, it found that mercury adsorbed on the oxidation treated AC was not better than that of untreated carbon. It could concluded that the insoluble form of Hg is very important to the stability of mercury adsorbed on AC. This study suggests that the FeCl3-AC is the best absorbent for Hg with high adsorption capacity, better Hg adsorption stability in leaching environment, and lower cost among the three ACs tested.     

硝基苯和西维因在活性炭上的吸附效果及动力学研究

测定分析了活性炭的孔隙结构、表面性质及化学组成,研究了硝基苯和西维因在活性炭上吸附的等温线及动力学特征,结果表明Polanyi-Manes模型和二级动力学方程具有较高的拟合相关系数,说明吸附可能是以色散力为主的多过程复杂反应,活性炭对西维因的吸附容量及吸附速率略小于硝基苯,快速吸附过程与慢速吸附过程的差距较为明显,说明吸附质分子大小和吸附剂孔隙结构是影响吸附的重要因素;溶液Na+浓度对吸附的影响很小,可能由于介质离子强度对分子间色散力的影响较小.     

Preparation and performance of photocatalytic regenerationable activated carbon prepared via sol-gel TiO2

Preparation of photocatalytic regenerationable activated carbon （AC） is the key step for the practical application of in situ regeneration of exhausted AC. A novel photocatalytic regenerationable AC was prepared by sol-gel TiO2 in this work. The adsorption and regeneration performance of TiO2/AC were evaluated using phenol as model compound. Scanning electron microscope （SEM） and nitrogen （77 K） adsorption isotherm were used to determine the surface area, pore structure and the distribution of TiO2. The results showed that with the increase of TiO2 loading, adsorption capacity of TiO2/AC decreased and the regeneration efficiency increased. The photocatalytic regenerationable AC with suitable TiO2 loading （2 wt%） exhibited suitable adsorption capacity and regeneration efficiency. TiO2 located mainly in the entrance of macro-pore of carbon. The prepared TiO2/AC exhibited similar surface structure and pore structure with material carbon.     

微波辐照技术在活性炭脱硫中的应用

采用微波辐照技术对煤质活性炭进行加热,研究了不同的微波功率、辐照时间和样品粒径等因素对活性炭脱硫性能的影响,找出了合适的处理条件.同时,将改性活性炭和原炭对SO2的吸附和催化性能做了比较,说明了微波辐照活性炭具有比原炭更好的吸附和催化性能.采用氮气吸附仪、pH精密酸度计、XPS、元素分析等测试了改性活性炭和原炭的物理化学性能:活性炭的表面积和孔结构没有显著改变;活性炭的脱硫性能与活性炭的pH值有着一定的关系;具有较低氧含量和较高的氮含量的活性炭具有较好的脱硫活性;CH2　和　CO(烯酮基)官能团含量相对增加有利于SO2的吸附.     

碳气凝胶的制备及其对极性农药的吸附性能

以机械球磨联合TEMPO氧化对木浆纤维进行预处理,并通过高温热解制备碳气凝胶,对其形貌、元素组成、比表面积、孔径结构以及表面官能团进行表征分析,并以阳离子型吡虫啉（IMI）和阴离子型2,4-D为目标物评价其吸附性能.结果表明：经机械球磨联合TEMPO氧化改性显著增加碳气凝胶的孔和表面C=O官能团含量、比表面积及极性,降低其片层厚度和芳香性,其表面积可达2631m²/g.碳气凝胶对IMI和2,4-D的吸附均符合Freundlich模型.IMI在碳气凝胶上的主要吸附机制为阳离子/p/π-π电子供体-受体相互作用、氢键、孔填充作用、静电吸引作用等,而静电排斥作用是抑制2,4-D吸附的主要因素,且IMI和2,4-D最高吸附量分别可达437和286mg/g.因此,通过机械球磨联合TEMPO氧化改性制备碳气凝胶在吸附去除水体有机污染物领域具有潜在应用价值.     

萘在炭质吸附剂上的静态吸附机理

通过分析考察试验吸附等温线与Langmuir,BET和Freundlich模型的拟合结果,以及吸附剂的结构参数(比表面积、总孔容积、平均孔径),对萘(Nap)在3种活性炭吸附剂上的静态吸附行为进行了研究.结果表明:3种活性炭吸附剂对萘均表现出良好的吸附能力(吸附量最高可达0.231 1 g/g),改性后活性炭颗粒吸附性能要明显优于原活性炭;萘在活性炭颗粒(AC-a,AC-c)和活性炭粉末(AC-b)上的吸附行为存在差异,在活性炭颗粒上表现为单分子层吸附的过程,而在具有突出比表面积的活性炭粉末上,吸附过程表现出多分子层吸附的特征.Langmuir和BET模型可以分别对萘在活性炭颗粒和粉末上的静态吸附行为进行合理的预测.      

腐殖酸定向修饰Ce-Co铁基生物焦汞吸附机理

使用腐殖酸对铁基改性生物焦进行定向修饰,并借助固定床吸附装置考察改性后生物焦汞吸附性能,探究了不同腐殖酸负载量下的铁基改性生物焦的汞吸附能力.采用BET、XPS、FTIR表征手段,考察了定向修饰后生物焦的孔隙结构、表面元素价态及表面功能基团的组成,通过SEM扫描电镜探究生物焦微观形貌,并利用EDS能谱分析生物焦表面活性金属成分分布.结果表明,使用腐殖酸对铁基改性生物焦定向修饰后的生物焦汞脱除性能大幅提高,使用5%质量分数包裹后的生物焦汞脱除性能最高,3h单位累积汞吸附量为18025ng/g,相较于未被修饰的铁基改性生物焦汞吸附性能提高65%;负载腐殖酸后的生物焦以介孔为主,表面活性金属种类丰富,有利于单质汞的氧化;样品表面羧基、醇羟基等含氧官能团数量增加,定向修饰后生物焦表面出现大量氨基等利于重金属吸附的含氮官能团;定向修饰后的生物焦表面出现团聚现象,包裹量过高会将生物焦表面活性位点完全包裹,阻碍了氧化还原反应的进行,不利于汞的进一步氧化;汞在生物焦表面的吸附过程同时存在化学吸附与物理吸附.