表面化学改性气相吸附用活性炭的研究进展_马俊

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1、表面化学改性气相吸附用活性炭的研究进展_马俊44DOI:10.16317/j.cnki.12-1377/x.2015.09.037科技论文与案例交流表面化学改性气相吸附用活性炭的研究进展马俊（贵州省环境监测中心站贵州贵阳摘本文总结了活性炭气相吸附机制，并从表面要：５５００８１）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

2、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；表面结构性质；表面化学性质；改性关键词：科技论文与案例交流活性炭（ＡｃｔｉｖａｔｅｄＣａｒｂｏｎ，ＡＣ）是一种含碳—————————————————————————————————————————————————————材料制成的外观呈吸附能力强的一类微晶质黑色，内部孔隙结构发达，比表面积大、碳素材料。绝大部分含碳物质如煤、木材、果壳等，在低于６００℃下活性炭用作气相吸进行碳化，再通

3、过活化处理，都可制得活性炭。附剂开始于第一次世界大战的防毒面具，随后广泛应用于香烟滤嘴、脱臭器等方面。随着对活性炭性质研究的深入，近几十年来，在环保领域已经将活性炭净化作为解决大气污染的重要手段［１－３］。为了增加活性炭对特殊气体的吸附能力，各国专家学者对活性炭的吸附机理和表面化学改性进行了大量研究，并取得了许多成果。本文主要对近年来有关气相吸附用活性炭表面化学改性的研究等综述如下。近２０年来，国内外很多学者越来越重视对活性炭表面化学性质，尤其是其中不同官能团的作用机理进行研究［４－６］。通过大量研究表明，活性炭表面化学官能

4、团通过其化学性质支配了活性炭的物理化学性质，尤其是其中的含氧官能团是活性炭表面官能团的核心。活性炭对不同气体具有不同的吸附特性，通过表面改性后的活性炭其吸附特性也将发生一定改变，目前常用的改性方法表面还原改性、负载金属改性等。主要包括：表面氧化改性、化处理后对活性炭吸附ＣＯ２有显著改善，其中当ＨＮＯ３溶液浓度达到７ｍｏｌ／Ｌ时，加入０．４ｍｏｌ／Ｌ醋酸铜溶，处理后活性炭吸附ＣＯ２量达到最大值。其改性机理可能在于：ＨＮＯ３与————————————————————————————————————————————————————

5、—醋酸铜溶液一起提［９￣１０］，而一般认为的ＣＯ２为极性高了活性炭对极性物质的吸附量物质，但由于其存在四极矩从而使其具有一定极性，因此通过增加活性炭对极性物质的吸附能力使其对ＣＯ２吸附量也大量增加。国内汤进华等［１３］也使用ＨＮＯ３和Ｈ２Ｏ２等物质对活性炭进行了处理，并得出该两种物质处理后活性炭有利于对甲醛分子的吸附，而氨基改性过的活性炭吸附效果相对较小。清华大学黄正宏等［１４］研究了湿氧化改性多孔活性炭对低浓度苯和丁酮蒸汽的吸附，研究表明，在用质量分数为３０％的Ｈ２Ｏ２处理后的活性炭对低浓度苯和丁酮的吸附更有利。国外不少学

6、者亦使用ＨＮＯ３和Ｈ２Ｏ２等溶液对活性炭进行氧化改性。Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ－Ｒｅｉｎｏｓｏ［１４］等使用其处理不同烧失率的活性炭。通过大量实验表明，处理后活性炭在低的相对压力范围内对气体的吸附量下降速度不同，最快为氮气，其次为二氧化硫，最次为水蒸气。造成这种现象的原因在于表面基团与吸附分子间形成的氢键不同，促使活性炭对ＳＯ２与Ｈ２Ｏ等气体吸附量产生差别。Ｍｏｒａｗｓｋｉ等［１５］认为采用ＨＮＯ３处理后的活性炭对三卤甲烷吸附性能大幅提高。比利时学者Ａ．Ｇｉｌ［１６］研究了温度对ＨＮＯ３和Ｈ２Ｏ２改性对活性炭表面组织结构的影响，并

7、得出氧化改性的活性炭提高了对ＣＯ２、ＳＯ２等极性物质的吸附能力。ＨａｊｉｍｅＴａｍｏｎ等［１７］将活性炭在沸腾温度—————————————————————————————————————————————————————下经ＨＮＯ３氧化处理，测试了改性活性炭对１１种不同气体和蒸汽的吸附特性，实验证明极性分子的化学吸附位随着活性炭表面氧化物的增多而增加。2表面还原该性活性炭表面还原该性主要是通过还原剂在适当的温度条件下对其表面官能团进行还原改性，从而提高了含氧碱性基团的含量，增强了表面的非极性。目前，国内外还原改性的手段主要集

8、中在Ｈ２、Ｎ２等惰性气体对活性炭的高温处理及氨水浸渍处理。其主要机理被认为可能是去除了活性炭表面的大部分酸性基团［１８］。国内目前常用氨水等对活性炭进行改性，如李开喜［１９￣２１］等用氨水对沥青基活性炭材料进行表面处理，从而引入了一定量的含氮官能团。改性后的活性炭对二氧化硫的去除效果明显优