活性炭纤维的改性及其微孔结构

采用微波辐射、硝酸回流、微波-硝酸处理和氢氧化钠水溶液浸渍改性了粘胶基活性炭纤维,并对其改性机制进行了探讨.利用氮吸附对改性活性炭纤维的孔隙结构进行了表征.结果表明,除碱改性活性炭纤维外,其余改性活性炭纤维的BET表面积增加、微孔容量增大、对氮气的亲和力增强,而且微波辐射改性可使活性碳BET表面积大大增加.活性炭纤维表面呈双重分维特征.     

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.     

活性炭微波辅助溶剂再生研究

采用微波辅助溶剂再生的方法,对吸附邻硝基苯酚的粒状活性炭的再生过程进行了研究。结果表明:当以乙醇为再生剂时,达吸附平衡的活性炭可在累计数分钟的微波辐照下完成再生,再生率达96%以上。再生时,活性炭局部表面形成的“电弧”,使活性炭再生损失增加,但远低于传统热再生;比表面积、微孔容积和平均孔径增大,提高了再生炭的吸附和传质能力。     

粉末活性炭孔隙结构和表面化学性质对吸附SO_2的影响

采用5种粉末活性炭,在固定床实验台上研究SO2在活性炭上的吸附过程。通过N2吸附、元素分析、Boehm滴定、热重分析、傅立叶红外光谱表征活性炭的孔隙结构和表面化学性质,研究活性炭物理化学性质对吸附SO2的影响。结果表明:由于活性炭的原料和活化方法不同,活性炭具有不同的孔隙结构和表面化学性质,呈现不同的吸附SO2的过程。关联了SO2饱和吸附量和活性炭性质之间的关系,发现SO2吸附量与活性炭的比表面积、孔隙容积之间没有明确的关系;SO2吸附量随着微孔孔径的降低而增加、随着表面碱性官能团数量的增加而增加。粉末活性炭的微孔孔径和表面化学性质共同影响着SO2的吸附。     

多孔材料负载KHCO_3吸附剂的结构表征

为了探究活性炭颗粒、分子筛、活性氧化铝颗粒3种多孔材料负载KHCO3后负载率及孔径情况,实验对负载KHCO3的3种材料进行了结构表征,着重对KHCO3负载率、多孔材料负载前后比表面积、总孔容积以及附着情况展开研究。通过氮吸附进行分析,发现活性炭负载后比表面积变小,负载率与比表面积成反比,但大于其他2种多孔材料。总孔容积在负载后同样都有所下降,活性炭下降幅度最小,活性炭主要被活性组填充了0¹00 nm之间的孔,而分子筛与氧化铝主要被填充了0100 nm之间的孔,而分子筛与氧化铝主要被填充了0²50 nm的孔;利用扫描电镜和等高图分析KHCO3负载后在多孔材料上的附着情况,发现活性炭不仅孔隙表面附着颗粒,而且内部也粘附了许多类似结晶结构的碎屑及晶状体,同时还能看清活性炭孔径轮廓,孔径没有堵塞的现象,而分子筛和氧化铝负载之后,有大量的颗粒碎屑堆积在表面,已看不清楚表面轮廓,有堵塞孔径的现象。     

X型粉煤灰沸石吸附丙酮及其动力学研究

文章采用碱熔融水热法合成了X型粉煤灰沸石,通过XRD、XRF、SEM、氮气吸附等手段研究了该沸石的结构组成特点,考察了初始浓度、吸附温度和空速对X型粉煤灰沸石吸附丙酮的影响机制,在此基础上,进一步研究了X型粉煤灰沸石对丙酮的吸附动力学及吸附机理。结果表明：合成的X型粉煤灰沸石品质较高,平均粒径为0.83μm,平均孔径为3.2 nm,比表面积为165.8 m²/g,总孔容积为0.133 8 cm2/g,总孔容积为0.133 8 cm³/g;X型粉煤灰沸石吸附丙酮的过程中,初始浓度、空速和温度越高,穿透时间和饱和时间越短;在实验范围内,升高温度会导致吸附量显著降低,增加空速会使吸附量略有下降,而增加初始浓度会使吸附量明显增加,当温度为40℃,初始浓度为777.9 mg/m3/g;X型粉煤灰沸石吸附丙酮的过程中,初始浓度、空速和温度越高,穿透时间和饱和时间越短;在实验范围内,升高温度会导致吸附量显著降低,增加空速会使吸附量略有下降,而增加初始浓度会使吸附量明显增加,当温度为40℃,初始浓度为777.9 mg/m³,空速为75 h3,空速为75 h^(-1)时,X型粉煤灰沸石对丙酮具有最高的吸附量;Bangham模型和准一阶模型能更好地拟合丙酮在X型粉煤灰沸石上的吸附过程,说明丙酮在X型粉煤灰沸石表面的吸附更符合以物理吸附为主的孔道吸附。     

中孔结构对活性炭吸附卷烟烟气中有机物的影响

卷烟烟气中复杂化合物对大气环境的污染已经引起了全世界的关注.因此,本文以颗粒活性炭为原料,通过硝酸钙、水蒸气调控得到比表面积、微孔容量丰富且含有较高中孔率的介孔活性炭,研究了孔结构对三醋酸甘油酯和挥发性有机物吸附的影响.结果表明:活性炭对三醋酸甘油酯的吸附主要受到比表面积和微孔的影响,中孔对其吸附性能没有太明显的作用;中孔结构对苯、甲苯、丙酮的吸附可以起到明显的通道效应,大大提高了活性炭对挥发性有机物的去除能力.     

高比表面生物质炭的制备、表征及吸附性能

以废弃生物质互花米草与棉秆为原料,采用KOH活化制备了高比表面积微孔生物质活性炭.研究了原料类别、浸渍比、炭化温度及保温时间对炭组成与吸附性能的影响,利用氮气吸附、X-射线衍射、红外光谱FT-IR、扫描电子显微镜SEM等技术对活性炭表面物化性质进行了分析,并通过BET方程、DFT密度函数理论及Horvath-Kawazoe方程对比表面积与孔分布进行了表征测定.结果表明,氢氧化钾活化制备互花米草与棉秆活性炭的适宜条件为浸渍比3:1、活化温度800℃、活化时间1.5 h.在此条件下制得的互花米草活性炭与棉秆活性炭的得率为16.36%和11.22%,BET比表面积高达2 825 m2.g-1和2 135 m2·g-1,孔容积分别为1.374 mg·g-1和1.038 cm3·g-1;孔径分布狭窄,95%的孔集中在3 nm以内.该条件下制备的互花米草与棉秆活性炭吸附性能好,对碘的吸附值分别为1 797 mg·g-1和1 251 mg·g-1,亚甲基蓝吸附值为495 mg·g-1和478mg·g-1,均超过了国家水处理用活性炭一级品标准;2种生物质炭样品对水中2,4-二硝基苯酚的Langmuir最大吸附量分别为932 mg.g-1、747 mg·g-1,均优于普通活性炭与活性炭纤维.     

磷酸水热预处理制备高比表面积高介孔率活性炭

以锯末为原材料,采用磷酸水热预处理后活化的工艺制备高介孔率活性炭,以比表面积和孔容为评价标准,通过单因素实验探究了酸料比、活化温度、活化时间对活性炭比表面积及总孔容的影响规律,验证了该工艺的可行性.最优条件下所制备的活性炭比表面积为2579 m~2·g~(-1),介孔率达到96.6%,充分说明磷酸水热预处理工艺能够显著提高活性炭介孔孔容占比.亚甲基蓝(MB)吸附实验数据与Redlich-Peterson模型拟合度较好,样本活性炭对MB的吸附为单分子层吸附,最大单层吸附量为618.35 mg·g~(-1),接近于实验测试值632.79 mg·g~(-1),表明该方法制备的活性炭具有良好的MB吸附性能.     

富含中、微孔稻壳活性炭的表征及液相吸附性能

对采用CO2-NaOH联合活化新工艺制备的稻壳活性炭的孔结构进行了表征,并用探针分子亚甲基蓝、苯酚考察了它对大、小分子的液相吸附性能.结果表明:所得活性炭同时富含中孔与微孔,中、微孔容积均达到0.32cm3/g,各占总孔容的50%;它对苯酚及亚甲基蓝均显示出优越的吸附性能,脱除效率分别达到94%和99%,超过或接近所用优质商业活性炭的相应值;对这2种污染物的吸附皆较好地符合Langmuir等温式.     

秸秆污泥基活性炭的制备及吸附H2S的实验研究

以市政污泥和玉米秸秆的混合物为原材料,KOH为活化剂,制备了秸秆污泥基活性炭(AC).实验考察了秸秆与污泥用量比例,以及活化剂用量对秸秆污泥基活性炭物化特性的影响.结果显示,m(污泥)∶m(秸秆)∶m(KOH)为3∶7∶2的条件下,制备的活性炭C372以微孔为主,微孔率达到0.59,比表面积达到369.271 m2·g-1.该活性炭的穿透硫容与饱和硫容均最高,分别为5.82 mg·g-1(以H2S计)和7.00 mg·g-1(以H2S计),活性炭表面内酯基的存在不利于其对硫化氢的吸附.SEM和BET表征分析显示,随着秸秆在污泥中比例的增加,活性炭比表面积增大,对H2S的吸附量提高.活性炭C372具有较好的再生性能,二次再生后其穿透硫容与饱和硫容均能恢复55%以上.     

生物质活性炭原位修复有机物污染底泥技术研究与应用

污染底泥是水体中重要的内源污染,生物质活性炭作为原位修复技术的覆盖材料,正在逐步应用于污染底泥的原位修复.应用椰壳颗粒活性炭与果壳颗粒活性炭对有机物污染底泥进行原位修复,测定2种生物质活性炭的比表面积、孔径分布、表面官能团等理化性质,并应用2种生物质活性炭进行了原位治理污染底泥的实验室静态模拟试验和实地现场试验,在实地现场试验中增加煤基活性炭与2种生物质活性炭进行对比.结果表明:①2种生物质活性炭的表面性质与化学组成相似,但椰壳颗粒活性炭比表面积较大,微孔孔隙结构略微发达,极性基团较少.②实验室静态模拟试验中,2种生物质活性炭对底泥中的PAHs（多环芳烃）、PAEs（酞酸酯）和苯系物（benzenes）3类有机污染物均有很好的稳定化修复效果,投加生物质活性炭10个月后,底泥孔隙水中3类污染物的质量浓度降低93.2%以上;对不同种类有机污染物,孔隙水降低率略有差距,与2种生物质活性炭理化性质的差异有关.③实地现场试验中,2种生物质活性炭和煤基活性炭对3类有机污染物的稳定化修复效果均呈现PAEs > PAHs >苯系物,煤基活性炭的修复效果略高于2种生物质活性炭.研究显示,在10个月的修复时间下,生物质活性炭对有机物污染底泥有明显的修复效果,可使底泥孔隙水中PAHs、PAEs和苯系物类有机污染物质量浓度降低90%以上,并且与煤基活性炭相比,生物质活性炭对环境造成的污染印迹更小.      

改性烟气脱硫球形活性炭的研究

以糠醛渣和炭粉的混合物为原料,分别掺入一定比例的CuO V2O5,MnO2,制备具有低温催化活性的炭载脱硫催化剂,并对其脱硫效果、孔径、脱硫反应前后Cu,V,Mn离子的存在形式进行了研究。结果表明,CuO V2O5,MnO2的加入使球形炭的比表面积降低,平均孔径增大,但脱硫效果却进一步提高,说明这两种金属活性组分在脱硫过程中确实起到了催化的作用。     

Breakthrough CO2 adsorption in bio-based activated carbons

In this work, the effects of different methods of activation on CO₂ adsorption performance of activated carbon were studied. Activated carbons were prepared from biochar, obtained from fast pyrolysis of white wood, using three different activation methods of steam activation, CO₂ activation and Potassium hydroxide (KOH) activation. CO₂ adsorption behavior of the produced activated carbons was studied in a fixed-bed reactor set-up at atmospheric pressure, temperature range of 25–65°C and inlet CO₂ concentration range of 10–30 mol% in He to determine the effects of the surface area, porosity and surface chemistry on adsorption capacity of the samples. Characterization of the micropore and mesopore texture was carried out using N₂ and CO₂ adsorption at 77 and 273 K, respectively. Central composite design was used to evaluate the combined effects of temperature and concentration of CO₂ on the adsorption behavior of the adsorbents. The KOH activated carbon with a total micropore volume of 0.62 cm³/g and surface area of 1400 m²/g had the highest CO₂ adsorption capacity of 1.8 mol/kg due to its microporous structure and high surface area under the optimized experimental conditions of 30 mol% CO₂ and 25°C. The performance of the adsorbents in multi-cyclic adsorption process was also assessed and the adsorption capacity of KOH and CO₂ activated carbons remained remarkably stable after 50 cycles with low temperature (160°C) regeneration.     

高比表面植物基活性炭吸附水中对硝基苯胺的性能及影响因素

以互花米草与棉秆为原料,以KOH为活化剂,制备了2种低成本高比表面微孔植物基活性炭SA-AC和CS-AC,通过静态实验研究了其对水溶液中对硝基苯胺的吸附特性,测定了溶液pH值、吸附剂剂量、溶液温度对吸附的影响,并探讨了等温吸附行为及其热力学性质.结果表明,在KOH与炭化料的质量比(剂料质量比)为3∶1、活化温度为800℃、活化时间为1.5 h条件下,活化制备的互花米草活性炭SA-AC和棉秆活性炭CS-AC的比表面积分别为2 825 m2.g-1和2 135 m2.g-1,微孔容积分别为1.192 cm3.g-1和1.011 cm3.g-1,对水溶液中对硝基苯胺的Langmuir最大吸附量分别为719和716 mg.g-1,远高于商业活性炭ST1300.溶液pH值和温度对吸附有较大影响,在低温及中性条件下有利于制备活性炭对水溶液中对硝基苯胺的吸附.Freundlich与Redlich-Peterson模型能很好地描述对硝基苯胺在2种活性炭上的吸附行为;热力学研究表明,吸附标准吉布斯自由能变ΔG0与标准焓变ΔH0均为负值,表明对硝基苯胺在这2种活性炭上的吸附属于自发的放热吸附过程;吸附标准熵变ΔS00,说明对硝基苯胺在活性炭表面上的迁移比在溶液中受到了更大的限制.     

Zero-valent iron doped carbons readily developed from sewage sludge for lead removal from aqueous solution

Low-cost but high-efficiency composites of iron-containing porous carbons were prepared using sewage sludge and ferric salts as raw materials. Unlike previous time- and energy-consuming manufacturing procedures, this study shows that pyrolyzing a mixture of sludge and ferric salt can produce suitable composites for lead adsorption. The specific surface area, the total pore volume and the average pore width of the optimal composite were 321 m²/g, 0.25 cm³/g, and 3.17 nm, respectively. X-ray diffraction analysis indicated that ferric salt favored the formation of metallic iron, while Fourier transform infrared spectroscopy revealed the formation of hydroxyl and carboxylic groups. The result of batch tests indicated that the adsorption capacity of carbons activated with ferric salt could be as high as 128.9 mg/g, while that of carbons without activation was 79.1 mg/g. The new manufacturing procedure used in this study could save at least 19.5 kJ of energy per gram of activated carbon.     

Adsorptive removal of hydrophobic organic compounds by carbonaceous adsorbents: A comparative study of waste-polymer-based, coal-based activated carbon, and carbon nanotubes

Adsorption of the hydrophobic organic compounds (HOCs) trichloroethylene (TCE), 1,3-dichlorobenzene (DCB), 1,3-dinitrobenzene (DNB) and γ-hexachlorocyclohexane (HCH) on five different carbonaceous materials was compared. The adsorbents included three polymer-based activated carbons, one coal-based activated carbon (F400) and multiwalled carbon nanotubes (MWNT). The polymerbased activated carbons were prepared using KOH activation from waste polymers: polyvinyl chloride (PVC), polyethyleneterephthalate (PET) and tire rubber (TR). Compared with F400 and MWNT, activated carbons derived from PVC and PET exhibited fast adsorption kinetics and high adsorption capacity toward the HOCs, attributed to their extremely large hydrophobic surface area (2700 m²/g) and highly mesoporous structures. Adsorption of small-sized TCE was stronger on the tire-rubber-based carbon and F400 resulting from the pore-filling effect. In contrast, due to the molecular sieving effect, their adsorption on HCH was lower. MWNT exhibited the lowest adsorption capacity toward HOCs because of its low surface area and characteristic of aggregating in aqueous solution.     

活性炭纤维三维电极电催化降解水中间甲酚——效能及影响因素研究

探讨了以活性炭纤维作为三维粒子电极电氧化降解水中间甲酚的可行性与效果.首先对活性炭纤维的表面形貌,比表面积,孔结构和表面官能团情况进行了表征,发现活性炭纤维（ACFs）以单束纤维的结构交叉排列而成,比表面积较大（>1480m²/g）,另外发现活性炭纤维的表面存在较多官能团种类.结合活性炭纤维表征结果,论文对活性炭纤维三维电极的相关影响因素进行了考察,研究了活性炭纤维种类,活性炭纤维与电极的接触方式以及反应溶液初始pH值对实验结果的影响.结果表明,活性炭纤维表面过多的含氧官能团不利于污染物的快速降解,而三维电极电氧化效果随着pH值的降低而显著增大,不同的电极接触方式对三维电极电氧化效果也有较大影响.     

MOFs基多孔材料吸附去除VOCs的研究进展

大气中挥发性有机物（VOCs）严重威胁生态环境和人类健康,其治理迫在眉睫。吸附法因操作简单、效率高、能耗低等优势成为目前处理VOCs最经济有效的方法之一。但传统吸附材料如分子筛、活性炭、硅藻土等存在吸附容量小、易堵塞、选择性低且再生困难等问题。因此,发展高效稳定的VOCs吸附材料仍是目前的研究热点。金属有机框架材料（metal-organic frameworks,MOFs）是一种比表面积高、孔道结构丰富的新型多孔材料,在VOCs吸附净化方面具有良好的应用潜力。针对近10年MOFs基多孔材料吸附去除VOCs的研究,从MOFs的结构和特点出发,详述MOFs的分类及其复合材料的类型,基于MOFs基多孔材料吸附VOCs过程中的影响因素和机制,对其在VOCs吸附应用方面的研究进展进行总结,并对其在该领域的未来发展进行展望。