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活性炭表面化学性质与改性技术

来源 : 赌场导航娱乐 发布时间:2020-09-11 浏览

摘要:活性炭应用领城比较广,比如石化行业、电力行业、食品行业、黄金行业等。这些行业主要看重的是活性炭自身的吸附能力,但是在实际应用过程中,活性炭原本的吸附能力可能并不能满足行业要求,因此只能够通过活性炭表面改性来提高吸附能力。通常情况下,各个领域使用的活性炭都是改性之后的活性炭。

活性炭主要成分是炭,除此之外,还有少量的化学结合元素以及灰分。化学结合元素主要是因为活性炭在没有碳化之前而存留在炭中,而灰分则是活性炭重要的无机组成部分,但是正是因为这种成分,会造成活性炭二次污染,所以需要非常小心。

活性炭表面化学性质与改性技术

1、活性炭表面化学性质

在活性炭液相吸附过程中或活性炭作为催化剂载体,不但炭表面化学特性对吸附性能产生明显影响,活性炭的化学特性同样对其吸附性能也产生重要的影响。而目前有关活性炭表面化学的报道却是越来越多。

活性炭的吸附特性不但取决于它的孔隙结构,而且取决于其表面化学性质,表面化学性质决定了活性炭的化学吸附。化学性质主要由表面的化学官能团的种类与数量、表面杂原子和化合物确定。不同的表面官能团、杂原子和化合物对不同的吸附质的吸附有明显差别。因此对活性炭表面化学结构进行化学改性,使其吸附具有更高的选择性具有重要的意义。

活性炭表面官能团一般分为含氧官能团和含氮官能团,含氧官能团主要有羧基、酚羟基、羰基、内酯基及环式过氧基等,含氮官能团可能存在形式有两类酰胺基、酞亚胺基、乳胺基,类吡咯基类吡嘧啶基等。

2、活性炭表面化学改性技术

表面官能团是活性碳的活性中心,直接决定着活性炭表面的各种化学性。但表面官能团的各种性质则与原材料以及活化方法有着直接关系。所以只要对原材料或者是活化方法进行改进,就能够改变活性炭的性能。

活性炭表面化学性质与改性技术

2.1表面氧化改性。

技术人员使用强氧化剂,在特定的温度环境下,处理活性炭,以此保证活性炭表面拥有更多的氧酸性基团,使其表面极性更强,零电点pH值更低。现实应用中已经发现,活性炭表面极性越强,越具有非常好的吸附性。

现阶段,用于活性炭表面氧化改性的原材料有很多,其中比较常见的有HNO3、H2O2、HClO等。某学者使用HNO3来进行试验研究。研究发现,活性炭表面使用HNO3氧化处理之后,吸附性更为提高,尤其是对三卤甲烷此种作用更加明显。还有些学者使用HNO3、HClO等两者原材料来进行试验,试验结果发现,使用HNO3来处理活性炭表面,不仅使得酸性基团数量明显增多,而且还使活性炭表面微孔结构出现了明显的塌陷,但是活性炭表面使用HClO进行试验之后发现,氧基团数量明显增加,但是微孔结构并没有出现明显变化,此外比表面积也未发生过于明显的变化。

另外,还有很多学者使用不同的方式对活性炭表面氧化进行了改性试验,均得到了相应的数据。

2.2表面还原改性

试验技术人员利用还原剂,在特定温度环境下来进行表面还原改性试验。如果试验成功,则活性炭表面对非极性比较强的物质就会具有明显吸附性。这主要是因为还原剂的应用,使得活性炭表面原有的碱性基团数量明显增加,而碱性基团数量越多,活性炭表面非极性就越强,因此活性炭表面对具有非极性特性的物质也就更加的敏感。

某学者使用H2来进行试验发现,应用H2之后,活性炭表面氧酸性官能团数量明显减少,变为了CO2、CO等物质,这些物质从活性炭表面脱离,因此使得氧酸性官能团数量明显下降,而碱性官能团数量则增加。有些学者使用氨水以及苯胺还原剂来进行试验研究,研究发现活性炭表面使用这两种还原剂改性之后,表面阴性基团的非极性吸附能力明显增强。这主要是因为氨水以及苯胺属于极性物质,能够与活性炭进行化学反应,加热出去之后,表面孔半径明显扩大,这样离子就会进入到空隙中,增加了表面电负性,进而提升了活性炭表面的非极性吸附能力。

2.3表面酸碱改性

现如今,活性炭使用的过程中,都会遇到类型少,技术水平低的问题,真正功能化活性炭非常少,但是对其进行酸碱改性之后,上述都能够有效的解决。

目前,技术试验人员应用多的酸碱改性剂有HNO3、H2O2、HClO以柠檬酸等。某学者选择使用HNO3以及NaOH与NaCl混合液两种酸碱改性剂,通过两次表面酸碱改性之后,活性炭泽表面吸附速度明显加快,吸附容量也明显增多。

2.4表面等离子体改性

传统活性炭表面碱性官能团的引入,主要是通过氨水浸渍和高温脱氧等方法。近年来研究表明,通过氧氮等离子体和CF4等离子体改性活性炭表面引入含氧、氮和含氟的官能团在一些特殊领域的应用表现出良好的效果。

有学者等用低压O2/N2等离子体对商品煤基活性炭进行表面改性,研究发现活性炭经P-O2改性后在炭表面上引入大量的含氧官能团,经P-N2改性的活性炭随着活性炭表面改性强度的提高,表面含氧酸性官能团逐渐减少含氮官能团逐渐增加,获得富含硝基、胺基和酰胺基的活性炭。且在同功率下P-O2改性时活性炭烧失率比P-N2改性的高,在P-O2改性过程中活性炭烧失率随等离子体发生功率的增加而升高,而在P-N2改性过程中活性炭烧失率随着等离子体发生功率的变化存在一峰值:在低功率范围内随功率的增加而加大,在高功率范围内随功率的进一步加大反而降低。

还有学者等对活性炭纤维进行远程等离子体表面改性研究发现,在远程区等离子体中电子离子对样品的刻蚀作用被抵制,活性炭纤维经远程等离子体表面改性后,其表面含氧官能团增加,对碱性染料结晶紫的吸附性能增强;当放电时间、放电功率、放电压力一定时从放电区至远程区40cm处,P-N2处理后的活性炭纤维的吸附能力明显增强,远程区40cm以远,活性炭纤维的吸附力基本稳定;当放电压力、放电功率、远程距离一定时,随放电时间增加,活性炭纤维表面生成更过的自由基,表面酸性增强,对碱性染料结晶紫的吸附能力增强。

3、结束语

综上所述,可知活性炭表面改性之后,吸附性能会更加优良,更能够满足现实需求,但是这些改性效果的好坏主要取决于改性原材料的选择是否合理,因此做好改性剂的选择至关重要。在未来的应用过程中,活性炭表面改性也会更为试验研究的重点。我国相关学者专家还需要进一步研究。

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