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1、活性炭孔径分布和表面化学性质对吸附影响的研究进展范明霞,张智(湖北工业大学化学与环境工程学院,湖北武汉430068)摘要:介绍了活性炭孔径分布及表面官能团的种类,分析了近年来国内外在活性炭孔径分布和表面官能团对吸附性能影响的研究进展情况,对以活性炭孔隙结构和表面官能团为出发点的研究提出了一些建议。关键词:活性炭;孔径分布;表面官能团中图分类号:TQ42411文献标识码:文章编号:100528397(2011)0120049206A活性炭是一种优良的吸附剂,具有石墨微晶结构、微孔发达、吸附能力强、化学性
2、质稳定、力学强度高和再生方便等特点,已在石油、化工、轻工、食品、医药、环保、国防、农业等诸多领域得到广泛应用[1]。活性炭对物质的吸附作用有两种形式:物理吸附和化学吸附。物理吸附主要表现为吸附质与吸附剂之间通过物理性力,如范德华力、氢键等相结合,吸附过程受吸附质分子尺寸与吸附剂的孔结构控制(分子筛作用);化学吸附实质是吸附质与吸附剂表面基团之间发生化学反应,以化学键力相结合,吸附过程受吸附剂表面化学特性、吸附质化学性质等因素影响。通常吸附质在活性炭表面吸附是两种吸附共同作用的结果,活性炭吸附性能主要由
3、活性炭孔隙的物理结构和孔表面收稿日期:2010211229作者简介:范明霞(1979—),女,湖北武汉人,2004年毕业于武汉科技大学化学工艺专业,工学硕士,湖北工业大学化学与环境工程学院讲师,研究方向:吸附剂开发应用与吸附机理研究。5结语生产实践证明,采用超细搅拌球磨机技术制备水煤浆,经济技术指标已达到要求,生产工艺参数合理、设备先进、产品质量及产量能达到预定要求,而且具有能耗低、直接加工成本低、经济效益和社会效益显著等特点,具有良好的推广前景。图4物料研磨路径示意(4)磨矿介质的选取。超细搅拌球磨
4、机能够在高临界转速下对物料进行超细粉磨,选用的高耐磨介质球至关重要。美国Attritor超细搅拌球磨机试验也表明,成品粒度为5μm时,选用Φ2～3mm介质球最佳。当成品粒度为63μm时,选用Φ6mm介质球效果最好。另外根据经验公式———F1C1邦德简化公式[4],本实验选用Φ215mm的钢球作为磨矿介质。参考文献李邦宪.超细微粒子工业化生产新技术、新设备———新[1]卧式搅拌球磨机34.王淀佐,陈清如.学出版社,2003.[J].现代陶瓷技术,1994(1):32-矿物加工学[M].徐州:中国矿业大[
5、2][3]杨家文.碎矿与磨矿技术[M].北京:冶金工业出版社,2006.张国旺.超细粉碎设备及其应用[M].北京:冶金工业出版社,2005.[4]煤炭加工与综合利用2011年第1期50SuWei等[5]研究发现椰壳基活性炭的孔径小于1nm时,对吸氢有利。FushengLi等[6]研究发现活性炭孔径分布在3～10nm范围内更有利于有机大分子的吸附。M1A1Lillo-Ródenas等[7]研究发现孔径小于017nm的微孔对吸附低浓度(200ppm)苯和甲苯起主要作用。MatthewF1Tennant等[
6、8]研究发现活性炭孔径分布在112～10nm范围内更有利于二甲基异茨醇的吸附。LeiLi等[9]研究发现活性炭对三氯乙烯的吸附主要是孔径为017～1nm的微孔,对丁基醚的吸附主要是018～111nm的微孔,有效吸附剂的孔径应大于目标吸附质分子直径的113～118倍。AnaS1Mestre等[10]实验得出,介质孔的存在使吸附质异丁苯丙酸能进入到活性炭内孔,微孔孔径必须大于异丁苯丙酸分子直径,小于017nm的微孔对吸附不起作用。吴颖等[11]通过实验得出活性炭孔隙结构中,小于3nm的细孔占9714%,小
7、于2nm的微孔占7417%,对小分子物质吲哚的吸附能力较强,而对大分子物质胃蛋白酶的吸附能力较弱。杨骏兵等人[12]考察了酚醛树脂基球形活性炭对中小分子VB12和肌酐的吸附行为,研究发现酚醛树脂基的化学性质决定。1活性炭孔隙结构111孔隙结构根据国际纯化学和应用化学学会(IUPAC)提供的分析标准,通常认为孔径r小于2nm为微孔,2～50nm为中孔,大于50nm为大孔。图1所示即为活性炭的孔隙结构[2]。图1活性炭孔隙结构不同孔径的孔在吸附过程中发挥的作用不同。大孔在比表面积中所占比例很小,在活性炭中
8、常常成为吸附质分子的通道。中孔既是吸附质分子的通道,又在一定压力下发生毛细管凝结,对吸附大分子起着重要作用。微孔的吸附作用最大,对活性炭吸附量起着支配作用,上决定着活性炭的吸附能力[3]。112对吸附性能的影响在很大程度球形活性炭对VB的吸附量和吸附速率主要决定12于总孔容和中孔率。VB12分子尺寸大于2nm,含有大量中孔的活性炭有利于VB分子通过这些中12按照吸附质分子尺寸和吸附剂分子尺寸之间孔进入到球形活性炭的内部。张丽丹等[13]研究发现活性炭的孔
