活性炭表面含氧基团对苯酚吸附平衡及动力学的影响

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1、万方数据第21卷第lO期2009年lO月化学研究与应用ChemicalResearchandApplicationV01．21，No．100ct．．2009文章编号：1004—1656(2009)10—1427-08活性炭表面含氧基团对苯酚吸附平衡及动力学的影响黎国兰1，李松1’2，李桂英2，罗丽珠3，胡常伟¨，陈娅兰1(1．绵阳师范学院化学与化学工程学院，四川绵阳621000；2．四川大学化学学院绿色化学与技术教育部重点实验室，四川成都6100643．表面物理与化学国家重点实验室，四川绵阳621907)摘要：煤基活性炭分别用

2、烧失处理和HNO，氧化处理后得到不同表面性质的活性炭，采用x射线光电子能谱(xPs)、N：吸附、酸碱滴定及零电荷点(pHrz。)对活性炭表面性质及孔结构进行表征，研究了活性炭表面性质对苯酚吸附平衡和吸附动力学影响。经HNO，氧化后，活性炭表面含氧基团显著增加，烧失处理后，表面含氧基团尤其是羧基显著减少。苯酚最大平衡吸附量随活性炭表面含氧基团的增多而减少，吸附速率常数与碳表面含氧基团的量呈正相关，而吸附活化能与活性炭在一定吸附条件下表面所带电荷多少相关。随着活性炭表面含氧基团增多。吸附活化熵增大(负值减小)，苯酚在活性炭表面排列

3、的有序性减小。静态吸附与动态吸附实验结果都表明：在含氧基团较少而碱性更强的活性炭上，发生化学吸附的程度更大。关键词：煤基活性炭；苯酚；表面性质；吸附活化熵中图分类号：0647．3文献标识码：A活性炭具有独特的隙型孔结构和高比表面积，同时具有优良的化学稳定性、热稳定性，且相对廉价，在吸附方面的应用非常广泛¨-2J。以前的研究已表明：除了比表面积和孔径以外，活性炭本身的表面化学性质对吸附过程有重要影响。在活性炭表面石墨层边缘存在丰富的不同类型的含氧基团，这些基团决定了活性炭的表面反应、亲／疏水性、表面酸碱性、催化性能和Zeta电势

4、等，对吸附性能有很大影响。相对来说，活性炭自溶液中吸附过程较气相吸附更为复杂，表面化学性质的影响也更为重要，因为涉及到溶剂与吸附质的竞争吸附及溶液的性质如pH值及极性等的影响。国内外已有许多活性炭表面吸附行为及影响因素的报道一曲J。最近，孟冠华等综述了活性炭的表面含氧基团对吸附性能的影响¨引。虽然在这方面的研究较多，但主要集中在对静态吸附量的影响上，对吸附机理的认识还处在不断深入研究阶段峥川1；活性炭表面含氧基团对动态吸附的研究能更好地描述碳表面含氧基团对吸附影响机制，在这一方面的研究相对缺乏。因此，本文采用具有相近的孔结构性

5、质而具有不同表面化学性质的煤基活性炭，采用X射线光电子能谱、酸碱滴定及零电荷点测定表征其表面化学性质，用N：吸附等温线测定其孔结构和比表面，研究活性炭表面含氧基团对苯酚吸附平衡及动力学行为的影响，并尝试应用过渡态理论估算了吸附活化熵。，通过所获得的热力学及动力学参数对吸附机理作进一步的认识。、1实验部分1．I活性炭处理及表征煤基活性炭(购于江苏南通活性炭公司)研磨后筛取80—100目筛份，用沸水洗去表面极细碳粉及杂质，110℃烘干，样品编号为AC—W；取10gAC．W置于50mL坩埚中，在马弗炉中加坩埚盖，以10℃／min加热

6、到500℃，保持3h停止加热，待炉温冷至室温时，取出，样品编号为AC—H。另取10gAC—W，用60％浓硝酸50mL在室温下浸泡48小时，过滤，洗至滤出液pH值近中性，110℃烘干，样品编号为AC—N。x射线光电子能谱(xPs)在ESCALAB250型收穰日期：2009．05-27；修回日期：2009-08-27基金项目：国家自然科学基金资助项目(20502017)联系人简介：胡常伟(1963·)，男，教授，博导，主要研究方向：绿色化学与催化化学。Email：gchem@删·edu·cn万方数据1428化学研究与应用第2l卷x

7、射线光电子能谱仪(美国)上测得，高分辨的C1s和Ols谱用XPSPEAK41软件进行分峰拟合处理。N，吸附等温线是在ZXF-06比表面测定仪上测得，据此计算三种活性炭的比表面积、孔容和孔径。活性炭表面酸碱滴定按文献方法进行¨¨：取0．50g活性炭样品五份，置于100mL塑料烧杯中，分别加入0．050m01．L4的HCl、乙醇钠一乙醇溶液、NaOH、Na2C03、NaHC03各30mL(使用前标定)，密封，每天振摇20min，放置3天，过滤，取10．0mL滤液，分别用0．050t001．L4NaOH或HCI返滴定，以活性炭所消耗

8、的HCI计算出活性炭表面的总碱度，以所消耗的乙醇钠测得其总酸度，以NaHCO。消耗量计算出表面羧基(一COOH)的含量，以所耗NaaC03与NaHC03耗量之差确定内酯基的含量(-C—OCO一)，以NaOH耗量与Na2C03耗量确定酚羟基(一OH)的含量，以NaOH与乙醇钠耗