活性碳表面含氧官能团结构与测定方法的简单评述.pdf

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1、活性碳表面含氧官能团结构与测定方法的简单评述谢先月王建棋.(北京工业学院)、结构及测定方法作了简单地评摘要本文对活性碳表面含氧官能团的形成机理。an、oe、eueuaere述分析比较了化学法常用的Gt和Wi法Bhm法pi(Stbdk)法各。;自的特点并介绍了红外光谱法和电子能谱法的应用一、序言:,、、活性碳含有两种典型的物质一种是以化学结合的元素为代表主要是氧氢硫和氮等。,这些元素有的是由于碳化不完全而保留在活性碳结构中有的是活化时由于碳。,表面被氧化而化学结合于表面形成表面官能团另一种是构成灰分的元素形成了活性〔’〕。碳的无机部分。,而且与表面碳原子结合的氧氧的存在引起

2、人们的注意氧的含量较其它杂原子高,具有实际的重要意义女几这种氧对活性碳对水蒸汽和其它极性或可极化气体和蒸汽的吸,,附能力对于它们贮存期间的陈化对活性碳对电解质溶液和在一定程度上对非电解质,。,。的吸着性质都有重大的影响因此表面含氧官能团的研究受到了广泛的关注二、活性碳表面含氧官能团的结构。1活性碳表面含氧官能团形成机理“。eeaeeer「“〕〔`碳表面存在氧化物是Smith〔〕在1563年发现的Rhd和Whl〕后来也,x,。指出氧与碳原子结合形成了络合物Coy其组成是可变的这些络合物在加热到一:。,定温度时放出CO和CO气体多数作者将碳一氧表面络合物分为两种主要的类型酸。

3、un二“〕6〕〔7〕,1性表面氧化物和碱性表面氧化物按照Dbiin的观点温度稍低于0℃时,,,气态氧与活性碳表面反应形成氧络合物经水合作用可形成经基或其它碱性基团;1000℃,表面将活性碳加热到大约氧化物的氧将以气态的碳氧化物形式从活性碳表。,,,面脱除另一方面在300~500℃下氧与活性碳接触时会形成第二种类型的表面氧。。,盯6“〔`一。〕化物这种氧化物在水合作用下能生成酸性表面基团后来普遍认为碱性1000℃,表面官能团是当碳在真空或惰性气体中被加热到约然后冷却到室温时暴露在空。,气中而形成的酸性表面官能团是当碳在30~50℃之间与氧反应或在室温及接近室一19一a、n、

4、、::,、。+:;温时与臭氧或氧化性溶液如OCKMO(H)SIHNOH50等反。应而形成,在同一种,,一般说淡上会同讨生成酸匡和碱性两种表面官能团但酸性的要比碱。。un性的数目大约一个数量级,〕Dbiin根据从溶液中吸附酸和碱的研究中将得出以下,,结论碱性表面氧化物最多只覆盖表面的2%而酸性表面氧化物在表面覆盖达20%之“12子。,,由于这种原因同时也由于碱性表面氧化物的形成条件不易控制使得目前的研究工作相对地集中在酸性表面官能团的研究上。,,。表面氧化物随它们形成机理而变不同的制造工艺产生不同的表面含氧官能团常。;吮的氧化方法有①氧化性气体与碳反应这主要是在活性碳的活化

5、过程实现②氧化,。性溶液与碳反应这主要用于产品后处理下面我们来分别讨论不同的处理方法可能产。生的结果1)氧气氧化“rt〔`“,or。:H研究了从25~40℃50mT下氧在干净的炭表面上的吸附他认为,,。。’`在250℃时形成内醋官能团30。℃以上主要形成默基Smith〔〕用红外光谱证实。了Hart的结论`5〕,,ZPuri二研究了木炭的吸氧能力他的结沦是40℃时形成的CO络合物达到最,。0℃,大值在更高温度下开始分解CO络合物在约40时达到最大到约60℃仍保持稳定。,,,。因此我们可知当采用氧气为活性气体时可能形成内醋基和默基2)水蒸气氧化。,一般的活化均用水蒸气作为活化

6、气体碳与水蒸气的反应机理还不完全清楚但同“”“。”,〔。〕:样认为形成了CO一络合物和CO一络合物假设的机理如下一:H:++一一争:+一一争H:+ZOCH(CO)(CO)COHO(CO)(CO)叶Zwe)ZZ+一-)+Z、ZCOweCO壬J(CO)CHO(CO)(CO)表示表面络合。物纽`6J。Boeh。则认为水蒸汽氧化时碳表面形成了经基官能团3)氧化性溶液氧化。:。,、、Pf的实验证明木炭与炭黑和消酸混酸反应生成象凌基盼娓和自由基的。。、、28、`官能团他还报道过用各种氧化性溶液如浓HNO(NH)50KMOn等处理碳〔’7〕〔`“〕,42::所产生的结果发现用(阳)50

7、处理过的淡样产生的表面含氧官能团数目。最多oe〔“〕,,,Bhm认为氧化程度不同将导致不同的分祈结果这是专家们所发表的分。析结果不同的原因之一2.活性碳裹面含氧官能团结构的理论模型19Langmr〔’日〕,18年iu最早提出了一种结构对氧从碳上脱除极其困难这种现象进1a)。行了简单的解释(图一,ene`、arner〔之。〕GarnerZ`1924年BllG和根据被吸附的氧以三种形式热分解放:、、:、c、。出(OCOCO)假设了三种不同的表面氧化物的结构(图1一bd)一20一犯次产éO“OOO0天面长届.一’`一·十1仲一·一湘