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活性炭改性
作者:admin 更新时间:2017-03-31 11:32 浏览:

 普通的活性炭通过改性之后就能变得与原来的功效变得更大,吸附能力上升、吸附效率提高、孔隙结构增大、化学稳定性能好,经久耐用等特点,经过各种不同的化学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、表面还原、负载金属活性炭改性法表面氧化活性炭改性法是指利用合适的氧化剂在适当的温度下对活性炭材料表面的官能团进行氧化处理,从而提高材料表面含氧官能团的含量,增强材料表面的亲水性。常用的氧化剂主要有HNO3、HCl0和H202 等表面还原活性炭改性法是指通过还原剂在适当的温度下对活性炭材料表面官能团进行还原改性,从而提高含氧碱性基团的比含量,增强表面的非极性,这种活性炭材料对非极性物质具有更强的吸附性能;通常在惰性气体下进行。活性炭材料作为一种特殊的材料载体,不仅因为其具有很大的比表面积、规则的孔径分布,以及丰富的表面官能团,而且由于活性炭材料具有很好的物理化学稳定性,通常可以和贵金属等浸渍,予以考虑。

 

1、表面氧化活性炭改性法

 表面活性炭氧化改性是通过氧化剂对活性炭进行处理,使活性炭表面官能团发生氧化,提高含氧的官能团数量及活性炭的亲水性。用于表面氧化活性炭改性法活性炭氧化剂通常选用硝酸、双氧水、高氯酸、臭氧等。

 郑超等研究了活性炭经硝酸进行表面改性后对Ru/C催化剂的影响。结果表明,活性炭经适量的HNO3改性处理后,中孔有所增加,更主要的是增加了表面羧基,使活性炭的亲水性得到提高,从而提高了以水溶液浸渍法制备的Ru/C催化剂的活性以及Ru的分散度;但过量硝酸的改性处理会使活性炭表面不稳定基团增加,这些不稳定基团会降低Ru/C催化剂的活性以及Ru的分散度。

 王重庆等人研究了用双氧水和硝酸,在醋酸铜溶液进行表面改性后的活性炭对二氧化碳的吸附性能。研究发现通过氧化改性活性炭的表面酸性官能团含量增加,从而引起活性炭表面的极性变化,进而影响在活性炭表面的特征吸附能。特征吸附能随着表面酸性官能团的增加而增加,可能也对吸附二氧化碳有促进作用。

 刘守新等用臭氧处理了活性炭,改变的活性炭的表面化学结构,酸性官能团羧基、内酯基、羰基数量都有所增加。比表随着臭氧的氧化深度增加而略有下降。适宜的氧化处理可以增加对Cr(Ⅵ)的吸附。

活性炭改性—改性活性炭图片

活性炭改性后图片

 

2、表面还原活性炭改性法

 活性炭表面在适当温度下通过还原剂对表面官能团进行还原改性,提高碱性基团的相对含量,增强表面的非极性,从而提高活性炭对非极性物质的吸附性能。还原改性的手段主要集中在氢气和氮气等惰性气体对活性炭的高温处理和氨水浸渍处理。表面还原处理也可以引起活性炭表面的组织结构变化。

 高尚愚等利用氢气改性活性炭材料,改性后的活性炭材料孔隙性能没有明显的变化,但是由于表面含氧官能团,特别是含氧酸性官能团显著减少,使活性炭对苯酚的吸附能力提高近2.5倍。万福成等采用氨水及苯胺等对活性炭进行了改性处理,部分消除了表面阴性基团,增强了对Au(III)的吸附能力。因为当用浓氨水及苯胺等极性溶液浸泡,活性炭表面酸性基团与氨水及苯胺反应,再加热除去,增大了孔半径,有利于较大的AuC14-离子进入孔隙,另外降低了表面的电负性对AuC14- 离子的静电排斥作用,从而提高了活性炭的吸附能力。

 

3、负载金属活性炭改性法

 表面负载改性是通过一些可溶性盐溶液中的金属离子负载到活性炭表面,在高温下与周围的碳原子发生氧化还原反应,造成周围碳原子的缺失,而达到扩孔目的;或者金属离子本身本身对某种特定物质有着良好的吸附能力。

 QIAO Wen-ming等采用Fe(NO3)3和Fe2(SO4)3对活性炭进行了实验,表明了在高温下,金属盐分解释放出NOx 、SOx与活性炭孔道反应,增大了孔径;同时金属盐的金属氧化物在高温下被活性炭还原,扩大了孔径;金属存在下,对活性炭孔壁活化,这些都提高了活性炭的中孔率。

 杨娇萍等以FeCl3为化学添加剂、CO2为活化剂,采用化学-物理混合活化法对活性炭进行改性。实验表明,FeCl3-CO2体系能明显改进活性炭的孔结构和孔径分布,经改性后活性炭平均孔径稍有下降,但比表面积和总孔容都较原料炭增加了一倍,孔径分布更趋均。

 余谟鑫在活性炭上负载上Ag+ 、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Fe2+等离子证明了通过负载不同的金属离子可以对油品中含硫有机物的苯并噻吩的吸附能力。

 

4、其他活性炭改性方法

 为了使活性炭在更多的领域得到应用,研究人员又开发了许多改性方法。比如酸碱改性、微波改性、电化学改性、等离子改性等等。

 刘守新用酸碱两步法,第一步用硝酸来改性,第二部用等体积的氢氧化钠和氯化钠来中和改性,经两步法改性后的活性碳对Cr()Ⅵ的吸附大幅提高。金属离子在活性炭表面的吸附位为活性炭表面的酸性含氧官能团,金属离子通过取代酸性官能团上的H+而发生吸附,因此活性炭在吸附金属离子过程中使溶液pH降低.而碱性条件下(金属离子反应形成金属氢氧化物或金属氧化物之前)金属离子的溶解度随着pH的升高而降低。因此控制液相pH在一定范围内对吸附有利。

 江霞等采用微波对活性炭进行了改性研究。通过实验考察了辐射时间、辐射功率和活性炭的粒径,指出了微波功率是影响改性活性炭的吸附能力的主要改性因素。微波改性后,活性炭许多封闭的孔被打开,孔容增大。并用实验的方法证明了孔容变化主要发生在中孔,比表变化并不大,这对吸附很有利。

 电化学改性是利用微电场,使活性炭表面的电性和化学性质发生改变,从而提高吸附的选择性和吸附性能。它不需要加化学药剂,也不需要加热。不会造成对环境的污染,能耗低,仅在几百毫伏内进行,操作方便。


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