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    活性炭表面化學改性技術
    發布時間:2021-03-12 瀏覽:

    活性炭表面化學改性技術

    表面官能團是活性碳的活性中心,直接決定著活性炭表面的各種化學性。但表面官能團的各種性質則與原材料以及活化方法有著直接關系。所以只要對原材料或者是活化方法進行改進,就能夠改變活性炭的性能。

    1、表面氧化改性。

    技術人員使用強氧化劑,在特定的溫度環境下,處理活性炭,以此保證活性炭表面擁有更多的氧酸性基團,使其表面極性更強,零電點pH值更低?,F實應用中已經發現,活性炭表面極性越強,越具有非常好的吸附性。

    現階段,用于活性炭表面氧化改性的原材料有很多,其中比較常見的有HNO3、H2O2、HClO等。某學者使用HNO3來進行試驗研究。研究發現,活性炭表面使用HNO3氧化處理之后,吸附性更為提高,尤其是對三鹵甲烷此種作用更加明顯。還有些學者使用HNO3、HClO等兩者原材料來進行試驗,試驗結果發現,使用HNO3來處理活性炭表面,不僅使得酸性基團數量明顯增多,而且還使活性炭表面微孔結構出現了明顯的塌陷,但是活性炭表面使用HClO進行試驗之后發現,氧基團數量明顯增加,但是微孔結構并沒有出現明顯變化,此外比表面積也未發生過于明顯的變化。

    另外,還有很多學者使用不同的方式對活性炭表面氧化進行了改性試驗,均得到了相應的數據。

    2、表面還原改性

    試驗技術人員利用還原劑,在特定溫度環境下來進行表面還原改性試驗。如果試驗成功,則活性炭表面對非極性比較強的物質就會具有明顯吸附性。這主要是因為還原劑的應用,使得活性炭表面原有的堿性基團數量明顯增加,而堿性基團數量越多,活性炭表面非極性就越強,因此活性炭表面對具有非極性特性的物質也就更加的敏感。

    某學者使用H2來進行試驗發現,應用H2之后,活性炭表面氧酸性官能團數量明顯減少,變為了CO2、CO等物質,這些物質從活性炭表面脫離,因此使得氧酸性官能團數量明顯下降,而堿性官能團數量則增加。有些學者使用氨水以及苯胺還原劑來進行試驗研究,研究發現活性炭表面使用這兩種還原劑改性之后,表面陰性基團的非極性吸附能力明顯增強。這主要是因為氨水以及苯胺屬于極性物質,能夠與活性炭進行化學反應,加熱出去之后,表面孔半徑明顯擴大,這樣離子就會進入到空隙中,增加了表面電負性,進而提升了活性炭表面的非極性吸附能力。

    3、表面酸堿改性

    現如今,活性炭使用的過程中,都會遇到類型少,技術水平低的問題,真正功能化活性炭非常少,但是對其進行酸堿改性之后,上述都能夠有效的解決。

    目前,技術試驗人員應用多的酸堿改性劑有HNO3、H2O2、HClO以檸檬酸等。某學者選擇使用HNO3以及NaOH與NaCl混合液兩種酸堿改性劑,通過兩次表面酸堿改性之后,活性炭澤表面吸附速度明顯加快,吸附容量也明顯增多。

    4、表面等離子體改性

    傳統活性炭表面堿性官能團的引入,主要是通過氨水浸漬和高溫脫氧等方法。近年來研究表明,通過氧氮等離子體和CF4等離子體改性活性炭表面引入含氧、氮和含氟的官能團在一些特殊領域的應用表現出良好的效果。

    有學者等用低壓O2/N2等離子體對商品煤基活性炭進行表面改性,研究發現活性炭經P-O2改性后在炭表面上引入大量的含氧官能團,經P-N2改性的活性炭隨著活性炭表面改性強度的提高,表面含氧酸性官能團逐漸減少含氮官能團逐漸增加,獲得富含硝基、胺基和酰胺基的活性炭。且在同功率下P-O2改性時活性炭燒失率比P-N2改性的高,在P-O2改性過程中活性炭燒失率隨等離子體發生功率的增加而升高,而在P-N2改性過程中活性炭燒失率隨著等離子體發生功率的變化存在一峰值:在低功率范圍內隨功率的增加而加大,在高功率范圍內隨功率的進一步加大反而降低。

    還有學者等對活性炭纖維進行遠程等離子體表面改性研究發現,在遠程區等離子體中電子離子對樣品的刻蝕作用被抵制,活性炭纖維經遠程等離子體表面改性后,其表面含氧官能團增加,對堿性染料結晶紫的吸附性能增強;當放電時間、放電功率、放電壓力一定時從放電區至遠程區40cm處,P-N2處理后的活性炭纖維的吸附能力明顯增強,遠程區40cm以遠,活性炭纖維的吸附力基本穩定;當放電壓力、放電功率、遠程距離一定時,隨放電時間增加,活性炭纖維表面生成更過的自由基,表面酸性增強,對堿性染料結晶紫的吸附能力增強。

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