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    活性炭表面化学性质对吸附性能影响研究现状

    文章出处:华康中天    人气:79     发表时间:2019-04-19

    就活性炭的表面化学结构而言,由于碳固体表面原子不饱和性的存在,它们将以化学形式结合碳成分以外的原子和原子基团,形成多种表面功能基团,活性炭表面官能团能显著地改善其对VOCs的选择性吸附。其中,含氧官能团和含氮官能团对活性炭的吸附性能影响比较大。

    概述了通过调整活性炭孔隙结构,引入化学基团,改变其酸碱度和极性,提高其吸附极性分子能力的方法。证明活性炭对极性和非极性化合物的吸附是一种非选择过程;不同吸附质在活性炭上的吸附机理不同。

    要获得具有不同选择吸附性的表面,   改变表面的化学、物理性质,这些可以通过改变活性炭置换基团的种类及其表面浓度得以实现。通过实验利用硝酸氧 化改性活性炭,发现活性炭表面酸性基团的含量明显增加,在酸性基团增加的同时导致比表面积减小以及结构塌陷,吸附性能进而变化明显。

    以甲 苯、丙酮、甲醇、1,2一二氯乙烷四种有机气体为吸附质,用改性活性炭样为吸附剂,通过恒温下固定床吸附实验探讨改性活性炭对有机气体吸附性能的影响。研究表明:酸改性后的活性炭样品表面酸性官能团数量显著增多,随着改性酸试剂的氧 化性增强酸性官能团数量增多。复合氧 化改性活性炭表明官能团数量发生多重改变,碱性官能团数量增加,同时酸性官能团数量发生不同程度的变化。通过对活性炭改性使得其表面官能团发生改变,进而活性炭表面的极性也随之发生变化,酸性官能团数量丰富的改性活性炭对极性吸附质具有   作用,碱性官能团丰富的活性炭对非极性吸附质具有   作用。

    一般来说,随着吸附组分的沸点的升高,吸附剂对各种吸附组分的吸附能力也增强;在与吸附剂相接触的气体混合物中,高沸点的组分首先被分离。李秉正用静态吸附法考察了一种活性炭对废水中四种简单芳香化合物的吸附行为,认为活性炭对不同有机物的吸附能力不同,差异源于活性炭性质和有机物性质的匹配关系。在吸附过程中发生了微孔的填充,芳香族化合物的极性大小决定了饱和吸附量,饱和吸附量与活性炭表面的酸性或碱性官能团关系不大。

    利用VOCs在椰壳活性炭上的二元竞争吸附的吸附平衡关系和扩展的Langmuir方程并结合实验结果,对组合气体中各组分的吸附量进行预测,发现对于不同气体组合及不同的吸附质浓度,预测吸附量值与实验结果有所偏差,其原因是活性炭对VOCs吸附能力与吸附质的分子量和沸点有关,且强吸附质对弱吸附质有置换作用,沸点相差越大,置换作用越强。

    影响活性炭吸附的化学因素主要是活性炭表面化学基团性质,而表面基团的形成与活性炭炭化、活化经历的过程条件有关。可以通过在炭表面引入不同化学基团,使活性炭质材料表面改性。改性的方法包括:热处理、氧 化、胺化和浸渍于一些无机化合物等。在活性炭炭化、活化过程中加入特殊的催化剂,使得炭与水蒸气的活化反应得以催化,改变活化成孔原理,使其具有特殊吸附性能。同时,制备不同孔径分布及不同表面化学特性的活性炭可以考虑采用不同活化法或不同的活化剂及其用量得以实现。


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