粉狀活性炭如何進(jìn)行表面改性以提高性能？粉狀活性炭生產(chǎn)廠家
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1.活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)
在使用活性炭或活性炭作為催化劑載體的液相吸附過程中，不僅碳表面的化學(xué)性質(zhì)對(duì)吸附性能有很大影響，而且活性炭的化學(xué)性質(zhì)對(duì)吸附性能也有很大影響。但是，關(guān)于活性炭的表面化學(xué)的報(bào)道越來越多。
活性炭的吸附性能不僅取決于孔結(jié)構(gòu)，還取決于決定活性炭化學(xué)吸附的表面化學(xué)性質(zhì)。化學(xué)性質(zhì)主要取決于表面，表面雜原子和化合物上化學(xué)官能團(tuán)的類型和數(shù)量。不同的表面官能團(tuán)，雜原子和化合物在不同被吸附物的吸附上具有明顯差異。因此，化學(xué)修飾活性炭的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)以使吸附更具選擇性非常重要。
活性炭的表面官能團(tuán)通常分為含氧官能團(tuán)和含氮官能團(tuán)，并且含氧官能團(tuán)主要包括羧基，酚羥基，羰基，內(nèi)酯基和環(huán)狀過氧基。含氮官能團(tuán)可以以兩種類型存在：酰胺基和鄰苯二甲酸酯。 Iminogi，內(nèi)酰胺基，吡咯基型嘧啶等
表面官能團(tuán)是活性炭的活性中心，直接決定活性炭表面的各種化學(xué)性質(zhì)。然而，表面官能團(tuán)的各種性質(zhì)與原料和活化方法直接相關(guān)。只要原料或活化方法得到改善，活性炭的性能就會(huì)發(fā)生變化。
2.1表面氧化改性。
技術(shù)人員使用強(qiáng)氧化劑在特定溫度環(huán)境下處理活性炭，以確保活性炭表面上存在更多的氧酸基團(tuán)，使表面更具極性，并降低了零點(diǎn)pH。在實(shí)際應(yīng)用中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)活性炭的表面極性越強(qiáng)，吸附越好。
在此階段，用于活性炭的表面氧化改性的原材料很多，其中*常見的是HNO3，H2O2和HClO。學(xué)者在實(shí)驗(yàn)研究中使用HNO3。研究表明，用HNO3處理活性炭表面后，吸附性能得到了進(jìn)一步改善，尤其是對(duì)于三鹵甲烷。一些學(xué)者使用HNO3，HClO和其他兩種原料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，測(cè)試表明，使用HNO3處理活性炭表面不僅增加了酸性基團(tuán)的數(shù)量，而且還顯著破壞了活性炭表面的微孔結(jié)構(gòu)。切碎。用HClO在活性炭表面上進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果是，氧基團(tuán)的數(shù)量增加，但是微孔結(jié)構(gòu)沒有明顯改變，比表面積也沒有明顯改變。
另外，許多學(xué)者使用了不同的方法并獲得了相應(yīng)的數(shù)據(jù)來校正活性炭的表面氧化。
2.2表面還原校正
測(cè)試技術(shù)人員使用還原劑在特定溫度環(huán)境下執(zhí)行表面還原校正測(cè)試。如果測(cè)試成功，則活性炭表面顯然會(huì)吸附到非極性材料上。這主要是使用還原劑來增加活性炭表面上的堿性基團(tuán)的數(shù)量，并且堿性越高，活性炭表面的非極性越強(qiáng)，因此活性炭的表面具有非極性特性。該物質(zhì)更敏感。
一位學(xué)者對(duì)H2進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)使用H2后，活性炭表面的氧酸性官能團(tuán)數(shù)量減少，從而產(chǎn)生了CO2，CO等物質(zhì)。這些物質(zhì)與活性炭的表面分離，導(dǎo)致含氧酸官能團(tuán)的數(shù)量顯著減少，同時(shí)增加了堿性官能團(tuán)的數(shù)量。一些學(xué)者使用氨水和苯胺還原劑進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，研究表明，用這兩種還原劑對(duì)活性炭表面進(jìn)行改性后，表面上負(fù)性基團(tuán)的非極性吸附能力得到了極大的提高。這主要是因?yàn)榘焙捅桨肥强梢耘c活性炭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的極性物質(zhì)。加熱后，表面的孔半徑增大，從而使離子進(jìn)入孔中以增加表面電負(fù)性并改善活性炭表面。無極性吸附能力強(qiáng)。
2.3表面酸堿改性
目前，在使用活性炭的過程中，種類少，技術(shù)水平低，實(shí)用的功能性活性炭少，但經(jīng)過酸堿改性后，可以有效解決上述問題。
當(dāng)前，技術(shù)實(shí)驗(yàn)人員使用的許多酸堿改性劑包括HNO3，H2O2，HClO和檸檬酸。一位學(xué)者決定使用兩種酸堿改性劑，即HNO3和NaOH以及NaCl的混合物。經(jīng)過兩次表面酸堿重整后，活性炭的表面吸附速率提高，吸附容量也提高。
2.4表面等離子體改性
在傳統(tǒng)活性炭表面上引入堿性官能團(tuán)主要是通過氨浸漬和高溫脫氧。*近的研究表明，在通過氧氮等離子體和CF4等離子體改性的活性炭表面上引入氧，氮和氟官能團(tuán)，在某些特殊應(yīng)用中顯示出良好的效果。
一些學(xué)者已經(jīng)使用低壓O2/N2等離子體對(duì)商用煤基活性炭的表面進(jìn)行了改性。研究表明，活性炭被P-O2轉(zhuǎn)化，并向碳表面引入了大量的含氧官能團(tuán)。經(jīng)P-N2改性的活性炭為：隨著活性炭的表面改性強(qiáng)度的提高，表面含氧的酸性官能團(tuán)逐漸減少，而含氮的官能團(tuán)逐漸增加，從而獲得了富含硝基，胺和酰胺基的活性炭。另外，當(dāng)以相同的功率改性P-O2時(shí)，活性炭的點(diǎn)火損失率高于P-N2改性的點(diǎn)火損失率，并且隨著P-O2改性過程中等離子體產(chǎn)生功率的增加，活性炭的點(diǎn)火損失率增加。在-N 2重整過程中，活性炭燃燒速率隨著等離子體產(chǎn)生功率的變化而達(dá)到峰值。在低功率范圍內(nèi)，它隨著功率的增加而增加;在高功率范圍內(nèi)，它隨著功率的進(jìn)一步增加而減小。
一些學(xué)者對(duì)活性炭纖維進(jìn)行了遠(yuǎn)程等離子體表面改性研究，發(fā)現(xiàn)在遠(yuǎn)程等離子體中，電子離子對(duì)樣品的蝕刻作用具有抵抗力。活性碳纖維經(jīng)過遠(yuǎn)程等離子體表面改性后，在表面上含有氧官能團(tuán)。當(dāng)增加時(shí)，基礎(chǔ)染料結(jié)晶紫的吸附性能得到改善。從出料區(qū)到邊遠(yuǎn)區(qū)40cm，當(dāng)出料時(shí)間，出力和出料壓力恒定時(shí)，經(jīng)過P-N2處理的活性炭纖維的吸附能力明顯提高，而在邊遠(yuǎn)區(qū)40cm處，活性炭纖維的吸附力基本穩(wěn)定。當(dāng)放電壓力，放電功率，長(zhǎng)距離距離固定時(shí)，在活性炭纖維的表面上會(huì)產(chǎn)生更多的自由基，隨著放電時(shí)間的增加，表面酸度增加，堿性染料結(jié)晶紫的吸附增加。能力提高。
活性炭HNO 3 處理(C / HNO 3)
將活性炭(20g 930m 2 / g)用100ml濃HNO 3在回流下處理2,4,8,16 或38小時(shí)。回流后，過濾得到的物質(zhì)，用熱蒸餾水充分洗滌，直到清洗水的pH值約為7.將碳在60℃下真空干燥24小時(shí)。
活性炭與亞硫酰氯的反應(yīng)(C / HNO 3 / SOCl 2)
將經(jīng)HNO 3 處理的活性炭(0.80g)在80℃下真空干燥以除去可干擾反應(yīng)的水和其它物質(zhì)。反應(yīng)用5ml苯和5ml SOCl 2回流24小時(shí)。將混合物在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中干燥并用苯充分洗滌以除去殘留的SOCl 2。
活性炭與乙二胺(EDT，HSCH 2 CH 2 SH)或1,7-二巰基-4-硫代庚烷(DMTH，HSCH 2 CH 2 CH 2 SCH 2 CH 2 CH 2SH)
用SOCl 2處理后，使材料C / HNO 3 / SOCl 2(0.80g)與9mmol 1,2-乙二醇或1,7-二巰基-4-硫代庚烷在5ml氯仿中回流48小時(shí)。產(chǎn)物用CHCl 3充分洗滌并通過離心分離。
活性炭與EDAH 2 NCH 2 CH 2 NH 2)或三乙基四胺(H 2 NCH 2 CH 2 NHCH 2 CH 2 NHCH 2 CH 2 NH 2)
用SOCl 2處理后，使材料(0.80g)與胺(2.6ml)在6ml氯仿中回流48小時(shí)。產(chǎn)物用CHCl 3充分洗滌并離心分離。
熱失重分析在N 2下進(jìn)行或以10℃/ min的加熱速率進(jìn)行氣流。使用KBr在FTIR Mattson儀器中獲得紅外光譜分析。BET表面積在設(shè)備中獲得，活性炭樣品在200℃真空下處理3小時(shí)。
溫度程序分解與質(zhì)譜聯(lián)用(TPDMS)
TPDMS實(shí)驗(yàn)在HP 5989 II質(zhì)譜儀中使用5mg樣品在裝有加熱系統(tǒng)的直接探針中進(jìn)行，所述加熱系統(tǒng)插入到MS室中(P = 6.10 -6 Torr)。將探頭以5℃/分鐘的速度加熱至275℃，并通過質(zhì)譜儀分析所有揮發(fā)性分解產(chǎn)物。
用NaOH 對(duì)活性炭C / HNO 3進(jìn)行電位滴定
將懸浮于25ml蒸餾水中的碳(0.1g)用0.02M NaOH溶液連續(xù)攪拌滴定。滴定在氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行，以避免CO的干擾2從空氣中。以0.5ml的間隔逐步加入NaOH溶液5-10分鐘以使反應(yīng)進(jìn)行并使pH穩(wěn)定。
活性炭可以通過表面化學(xué)改性來定制，以產(chǎn)生具有獨(dú)特性質(zhì)的材料并用于特定的應(yīng)用。這些修改可以通過關(guān)鍵表面中間體：-COOH進(jìn)行。含有-COOH基團(tuán)的活性炭顯示出優(yōu)異的陽離子交換性能，并可用作水中金屬污染物的吸附劑。這些-COOH 團(tuán)體可以轉(zhuǎn)化為-COCl，這是一個(gè)非常活躍和多功能的組別，用于將其他分子接枝到活性炭表面上。從這個(gè)酰氯中間體出來幾個(gè)S和N分子，例如HSR和HNR 2，可以很容易地綁定到活性炭表面。這些S和N官能化的活性炭顯示出作為金屬吸附劑的巨大潛力，如今嚴(yán)重環(huán)境問題的重金屬得到了活性炭的治理。
活性炭的表面結(jié)構(gòu)特征和表面化學(xué)性質(zhì)是影響活性炭吸附性能的重要因素。對(duì)活性炭進(jìn)行表面氧化改性，會(huì)導(dǎo)致活性炭的表面結(jié)構(gòu)特征和表面化學(xué)性質(zhì)發(fā)生較明顯的變化，主要體現(xiàn)在比表面積和孔容積有不同程度的降低；活性炭表面生成大量的含氧官能團(tuán)；對(duì)金屬離子的吸附能力增強(qiáng)，對(duì)有機(jī)物的吸附性能根據(jù)具體物質(zhì)和改性條件的不同而變化。因此，在總結(jié)以上國(guó)內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)活性炭進(jìn)行有針對(duì)性的氧化改性，可以有針對(duì)性的改變活性炭對(duì)某些物質(zhì)的吸附性能。
通過對(duì)國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀來看，以下問題需要進(jìn)一步開展研究：①表面氧化改性前后活性炭對(duì)金屬離子和有機(jī)物的吸附機(jī)制仍然是一種設(shè)想，還需要在今后的研究中加以進(jìn)一步的完善；②由于實(shí)際應(yīng)用中的活性炭多處于多種有機(jī)物共存的競(jìng)爭(zhēng)性吸附條件下，而目前試驗(yàn)中，大多研究的是對(duì)單一有機(jī)物的吸附問題，因此，活性炭對(duì)多種吸附質(zhì)共同存在情況下的競(jìng)爭(zhēng)吸附及其機(jī)制需要深入研究；③目前，所開展的表面氧化改性活性炭吸附性能的研究仍處在實(shí)驗(yàn)室的小試階段，因此，還需要進(jìn)一步開展擴(kuò)大試驗(yàn)甚至中試和實(shí)際生產(chǎn)試驗(yàn)的研究，對(duì)表面氧化改性活性炭在實(shí)際生產(chǎn)中的性能進(jìn)行分析。
總體而言，活性炭的表面氧化改性技術(shù)為活性炭的應(yīng)用提供了新的思路，在對(duì)現(xiàn)有研究加以完善的基礎(chǔ)上，該技術(shù)可望得到更廣泛的應(yīng)用。