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活性炭改性
作者:admin 更新時間:2017-03-31 11:32 瀏覽:

 普通的活性炭通過改性之后就能變得與原來的功效變得更大,吸附能力上升、吸附效率提高、孔隙結構增大、化學穩定性能好,經久耐用等特點,經過各種不同的化學操作改性之后的活性炭就被叫住改性活性炭或活性炭改性。

 

活性炭如何改性?

 通常有表面氧化、表面還原、負載金屬活性炭改性法表面氧化活性炭改性法是指利用合適的氧化劑在適當的溫度下對活性炭材料表面的官能團進行氧化處理,從而提高材料表面含氧官能團的含量,增強材料表面的親水性。常用的氧化劑主要有HNO3、HCl0和H202 等表面還原活性炭改性法是指通過還原劑在適當的溫度下對活性炭材料表面官能團進行還原改性,從而提高含氧堿性基團的比含量,增強表面的非極性,這種活性炭材料對非極性物質具有更強的吸附性能;通常在惰性氣體下進行。活性炭材料作為一種特殊的材料載體,不僅因為其具有很大的比表面積、規則的孔徑分布,以及豐富的表面官能團,而且由于活性炭材料具有很好的物理化學穩定性,通常可以和貴金屬等浸漬,予以考慮。

 

1、表面氧化活性炭改性法

 表面活性炭氧化改性是通過氧化劑對活性炭進行處理,使活性炭表面官能團發生氧化,提高含氧的官能團數量及活性炭的親水性。用于表面氧化活性炭改性法活性炭氧化劑通常選用硝酸、雙氧水、高氯酸、臭氧等。

 鄭超等研究了活性炭經硝酸進行表面改性后對Ru/C催化劑的影響。結果表明,活性炭經適量的HNO3改性處理后,中孔有所增加,更主要的是增加了表面羧基,使活性炭的親水性得到提高,從而提高了以水溶液浸漬法制備的Ru/C催化劑的活性以及Ru的分散度;但過量硝酸的改性處理會使活性炭表面不穩定基團增加,這些不穩定基團會降低Ru/C催化劑的活性以及Ru的分散度。

 王重慶等人研究了用雙氧水和硝酸,在醋酸銅溶液進行表面改性后的活性炭對二氧化碳的吸附性能。研究發現通過氧化改性活性炭⎝⎛虎扑社区⎞⎠的表面酸性官能團含量增加,從而引起活性炭表面的極性變化,進而影響在活性炭表面的特征吸附能。特征吸附能隨著表面酸性官能團的增加而增加,可能也對吸附二氧化碳有促進作用。

⎝⎛虎扑社区⎞⎠  劉守新等用臭氧處理了活性炭,改變的活性炭的表面化學結構,酸性官能團羧基、內酯基、羰基數量都有所增加。比表隨著臭氧的氧化深度增加而略有下降。適宜的氧化處理可以增加對Cr(Ⅵ)的吸附。

活性炭改性—改性活性炭圖片

活性炭改性后圖片

 

2、表面還原活性炭改性法

⎝⎛虎扑社区⎞⎠  活性炭表面在適當溫度下通過還原劑對表面官能團進行還原改性,提高堿性基團的相對含量,增強表面的非極性,從而提高活性炭對非極性物質的吸附性能。還原改性的手段主要集中在氫氣和氮氣等惰性氣體對活性炭的高溫處理和氨水浸漬處理。表面還原處理也可以引起活性炭表面的組織結構變化。

 高尚愚等利用氫氣改性活性炭材料,改性后的活性炭材料孔隙性能沒有明顯的變化,但是由于表面含氧官能團,特別是含氧酸性官能團顯著減少,使活性炭對苯酚的吸附能力提高近2.5倍。萬福成等采用氨水及苯胺等對活性炭進行了改性處理,部分消除了表面陰性基團,增強了對Au(III)的吸附能力。因為當用濃氨水及苯胺等極性溶液浸泡,活性炭表面酸性基團與氨水及苯胺反應,再加熱除去,增大了孔半徑,有利于較大的AuC14-離子進入孔隙,另外降低了表面的電負性對AuC14- 離子的靜電排斥作用,從而提高了活性炭的吸附能力。

 

3、負載金屬活性炭改性法

⎝⎛虎扑社区⎞⎠  表面負載改性是通過一些可溶性鹽溶液中的金屬離子負載到活性炭表面,在高溫下與周圍的碳原子發生氧化還原反應,造成周圍碳原子的缺失,而達到擴孔目的;或者金屬離子本身本身對某種特定物質有著良好的吸附能力。

 QIAO Wen-ming等采用Fe(NO3)3和Fe2(SO4)3對活性炭進行了實驗,表明了在高溫下,金屬鹽分解釋放出NOx 、SOx與活性炭孔道反應,增大了孔徑;同時金屬鹽的金屬氧化物在高溫下被活性炭還原,擴大了孔徑;金屬存在下,對活性炭孔壁活化,這些都提高了活性炭的中孔率。

⎝⎛虎扑社区⎞⎠  楊嬌萍等以FeCl3為化學添加劑、CO2為活化劑,采用化學-物理混合活化法對活性炭進行改性。實驗表明,FeCl3-CO2體系能明顯改進活性炭的孔結構和孔徑分布,經改性后活性炭平均孔徑稍有下降,但比表面積和總孔容都較原料炭增加了一倍,孔徑分布更趨均。

 余謨鑫在活性炭上負載上Ag+ 、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Fe2+等離子證明了通過負載不同的金屬離子可以對油品中含硫有機物的苯并噻吩的吸附能力。

 

4、其他活性炭改性方法

 為了使活性炭在更多的領域得到應用,研究人員又開發了許多改性方法。比如酸堿改性、微波改性、電化學改性、等離子改性等等。

 劉守新用酸堿兩步法,第一步用硝酸來改性,第二部用等體積的氫氧化鈉和氯化鈉來中和改性,經兩步法改性后的活性碳對Cr()Ⅵ的吸附大幅提高。金屬離子在活性炭表面的吸附位為活性炭表面的酸性含氧官能團,金屬離子通過取代酸性官能團上的H+而發生吸附,因此活性炭在吸附金屬離子過程中使溶液pH降低.而堿性條件下(金屬離子反應形成金屬氫氧化物或金屬氧化物之前)金屬離子的溶解度隨著pH的升高而降低。因此控制液相pH在一定范圍內對吸附有利。

⎝⎛虎扑社区⎞⎠  江霞等采用微波對活性炭進行了改性研究。通過實驗考察了輻射時間、輻射功率和活性炭的粒徑,指出了微波功率是影響改性活性炭的吸附能力的主要改性因素。微波改性后,活性炭許多封閉的孔被打開,孔容增大。并用實驗的方法證明了孔容變化主要發生在中孔,比表變化并不大,這對吸附很有利。

 電化學改性是利用微電場,使活性炭表面的電性和化學性質發生改變,從而提高吸附的選擇性和吸附性能。它不需要加化學藥劑,也不需要加熱。不會造成對環境的污染,能耗低,僅在幾百毫伏內進行,操作方便。


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