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活性炭改性后的实际应用
文章作者:bet356下载网络部 更新时间:2019-2-25 11:52:01

  为了探索活性炭化学表面改性引起的效应,研究人员已经在各种实际应用中开发了改性活性炭(表1)。本期介绍活性炭的一些应用领域。

  表1:活性炭的几(ji)种改性方(fang)法(fa)。

原材料(liao)

活(huo)化方(fang)法(fa)

改性后的(de)变化

活性(xing)炭

KOH活化

增(zeng)加表面积导致高比电容

活性炭(tan)

2%重量(liang)的六胺进行氮掺杂

增加了超级电(dian)容器应用(yong)的电(dian)极电(dian)容

活性(xing)炭

硝酸氧化(hua)

在氧(yang)化后(hou)增强了能量(liang)密度

活(huo)性炭

木质材(cai)料H 3 PO 4制备活性炭,并用NH 3改性

加入氮基团增了的吸(xi)附速度和容量

活性炭

通过酸和碱处理产生(sheng)高极(ji)性(xing)碳表(biao)面

对相对极(ji)性(xing)的甲基(ji)叔丁基(ji)醚和相对非极(ji)性(xing)的三氯乙烯吸附(fu)

活性炭

HNO 3HCl 酸处理

酸处理产(chan)生更多活性的(de)酸性表面基(ji)团,例如(ru)羧基(ji)和内(nei)酯,导致碱(jian)性染料的(de)吸附减(jian)少

活性炭

使用HNO 3H 2 O 2NH 3进行化学处理

由于活性炭(tan)的化(hua)学改性,具有(you)优异的染料吸附性能

  活性炭作为超级电容器

  化(hua)(hua)(hua)学表(biao)(biao)面(mian)改(gai)性(xing)(xing)(xing)的(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)广(guang)泛用(yong)作(zuo)储能(neng)(neng)装置(zhi)。前材料(liao)使(shi)用(yong)同时化(hua)(hua)(hua)学(KOH)和(he)物理(li)(li)(CO 2)活(huo)化(hua)(hua)(hua)方法(fa)生产活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)。然后使(shi)用(yong)过氧化(hua)(hua)(hua)氢(H 2 O 2),硝(xiao)酸(suan)(HNO 3)和(he)硫酸(suan)(H 2 SO 4)对所获得的(de)碳(tan)基(ji)材料(liao)进(jin)行表(biao)(biao)面(mian)氧化(hua)(hua)(hua)。作(zuo)为改(gai)进(jin)的(de)结果(guo),未观察到最(zui)终样(yang)品的(de)纹理(li)(li)特(te)征的(de)显着变化(hua)(hua)(hua),但表(biao)(biao)面(mian)的(de)化(hua)(hua)(hua)学特(te)性(xing)(xing)(xing)表(biao)(biao)现(xian)出明显的(de)变化(hua)(hua)(hua)。在(zai)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)表(biao)(biao)面(mian)上(shang)引入了新的(de)官能(neng)(neng)团(tuan)(tuan)(tuan),导(dao)致(zhi)HNO 3处理(li)(li)的(de)碳(tan)中的(de)比(bi)电容(rong)(rong)增强(qiang)。在(zai)另一个实验中,使(shi)用(yong)其(qi)他原材料(liao)的(de)KOH活(huo)化(hua)(hua)(hua)的(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)。改(gai)性(xing)(xing)(xing)的(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)在(zai)表(biao)(biao)面(mian)上(shang)诱导(dao)氧和(he)氮(dan)(dan)基(ji)团(tuan)(tuan)(tuan)。实验结果(guo)表(biao)(biao)明,富含氮(dan)(dan)的(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)(biao)现(xian)出较高(gao)的(de)电容(rong)(rong)比(bi)掺氧的(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)强(qiang)很多(duo)(duo)。这些结果(guo)表(biao)(biao)明,富氧活(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)中的(de)表(biao)(biao)面(mian)羧基(ji)官能(neng)(neng)团(tuan)(tuan)(tuan)阻止电解质扩散到多(duo)(duo)孔(kong)网络中,而氮(dan)(dan)基(ji)团(tuan)(tuan)(tuan)的(de)存在(zai)可(ke)以产生微中孔(kong)性(xing)(xing)(xing)和(he)优异的(de)伪电容(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)质。此(ci)外,HNO 3改(gai)性(xing)(xing)(xing)多(duo)(duo)孔(kong)木碳(tan)单块可(ke)用(yong)于超级电容(rong)(rong)器。结果(guo)表(biao)(biao)明,与(yu)原始碳(tan)材料(liao)相比(bi),电化(hua)(hua)(hua)学电容(rong)(rong)性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)显着提高(gao)。

活性炭的内部结构

  活性炭作为二氧化碳吸附剂

  使用(yong)(yong)(yong)氨(an)改(gai)性(xing)(xing)活性(xing)(xing)炭(tan)能(neng)对二氧(yang)化碳(tan)快速吸(xi)附(fu),是(shi)作(zuo)(zuo)为提高(gao)其CO 2获取能(neng)力的(de)(de)替代方法。表面(mian)改(gai)性(xing)(xing)的(de)(de)活性(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)主要属性(xing)(xing)是(shi)引(yin)入氮气(qi)的(de)(de)功能(neng)性(xing)(xing),其表现出强碱(jian)性(xing)(xing),可以诱导路易(yi)斯酸(suan)碱(jian)相(xiang)互(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)与酸(suan)性(xing)(xing)二氧(yang)化碳(tan)分(fen)子。这提高(gao)了吸(xi)附(fu)性(xing)(xing)能(neng)。然而,CO 2之(zhi)间的(de)(de)化学相(xiang)互(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)非常强分(fen)子和吸(xi)附(fu)剂表面(mian)可导致不(bu)良(liang)的(de)(de)吸(xi)附(fu)剂再(zai)生并(bing)且在经(jing)济(ji)上是(shi)不(bu)利的(de)(de)。因此,适度(du)的(de)(de)物理(li)吸(xi)附(fu)是(shi)有效吸(xi)附(fu)气(qi)体分(fen)子并(bing)在需要时释放它们的(de)(de)理(li)想相(xiang)互(hu)作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)(yong)。

  活性炭作为有机污染物吸附剂

  研(yan)究(jiu)表(biao)(biao)(biao)明,与(yu)金(jin)属相(xiang)比,活性(xing)(xing)炭广(guang)泛用于(yu)吸(xi)附(fu)有(you)机分子。有(you)助于(yu)活性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高吸(xi)附(fu)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主要因素包括其优异的(de)(de)(de)(de)(de)(de)纹理特征和(he)合适的(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)官能(neng)(neng)(neng)团的(de)(de)(de)(de)(de)(de)产生。据大家(jia)了解(jie),富氧(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)酸(suan)性(xing)(xing)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)可(ke)以减少水(shui)性(xing)(xing)介(jie)质中(zhong)(zhong)有(you)机物(wu)质的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)附(fu),而它们的(de)(de)(de)(de)(de)(de)缺(que)失会提高活性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。在碳(tan)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)上(shang)引入的(de)(de)(de)(de)(de)(de)弱酸(suan)性(xing)(xing)官能(neng)(neng)(neng)团可(ke)以增加金(jin)属吸(xi)附(fu)能(neng)(neng)(neng)力,同时(shi)降低酚(fen)(fen)类化合物(wu)在水(shui)性(xing)(xing)环境中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)。这(zhei)(zhei)实验(yan)(yan)表(biao)(biao)(biao)明,在高浓(nong)度(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)酸(suan)性(xing)(xing)基(ji)团中(zhong)(zhong)苯(ben)酚(fen)(fen)物(wu)理吸(xi)附(fu)减少,这(zhei)(zhei)可(ke)能(neng)(neng)(neng)是由于(yu)碳(tan)基(ji)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分散力降低。这(zhei)(zhei)表(biao)(biao)(biao)明,随着碳(tan)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)基(ji)面(mian)(mian)(mian)(mian)上(shang)π电子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)可(ke)用性(xing)(xing)增加和(he)吸(xi)附(fu)位置的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氧(yang)含(han)量降低,苯(ben)酚(fen)(fen)吸(xi)附(fu)增加。其他(ta)(ta)一些(xie)研(yan)究(jiu)通(tong)过(guo)水(shui)优选与(yu)氧(yang)部分的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氢(qing)键吸(xi)附(fu)在活性(xing)(xing)炭表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)上(shang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)事(shi)实解(jie)释了苯(ben)酚(fen)(fen)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)减少。这(zhei)(zhei)导致形成阻碍酚(fen)(fen)分子进入微孔(kong)结构的(de)(de)(de)(de)(de)(de)大团簇。这(zhei)(zhei)些(xie)氧(yang)簇随后通(tong)过(guo)在碳(tan)中(zhong)(zhong)定位自由电子来降低吸(xi)附(fu)性(xing)(xing)能(neng)(neng)(neng)。其他(ta)(ta)机制表(biao)(biao)(biao)明吸(xi)附(fu)电子和(he)吸(xi)附(fu)质的(de)(de)(de)(de)(de)(de)芳(fang)香结构之间产生两种相(xiang)互作用,即π-分散和(he)静(jing)电相(xiang)互作用。迄今为止,几乎(hu)所有(you)涉及从(cong)水(shui)溶液(ye)(ye)中(zhong)(zhong)去除(chu)(chu)有(you)机物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)实验(yan)(yan)研(yan)究(jiu)都使用苯(ben)酚(fen)(fen)和(he)苯(ben)衍生化合物(wu)作为模型研(yan)究(jiu)。除(chu)(chu)表(biao)(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)化学外,还(hai)应考虑其他(ta)(ta)因素,如溶液(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)pH值(zhi),溶液(ye)(ye)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)温度(du),吸(xi)附(fu)剂的(de)(de)(de)(de)(de)(de)类型,氧(yang)气的(de)(de)(de)(de)(de)(de)有(you)效性(xing)(xing)和(he)矿物(wu)质含(han)量,以便(bian)有(you)效去除(chu)(chu)废水(shui)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)有(you)机污染(ran)物(wu)。

  活性炭作为染料吸附剂

  在(zai)过(guo)去的(de)(de)(de)(de)几(ji)十年里(li),纺(fang)(fang)织(zhi)和(he)(he)染(ran)料(liao)工业正(zheng)在(zai)取得重大(da)进展。然(ran)而,从(cong)废(fei)水中(zhong)去除多余的(de)(de)(de)(de)染(ran)料(liao)仍然(ran)是(shi)研究人员(yuan)的(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)项挑战性(xing)(xing)(xing)(xing)任务。我(wo)们分(fen)别用(yong)(yong)(yong)6M和(he)(he)10M硝酸和(he)(he)过(guo)氧(yang)化氢(qing)检测表(biao)(biao)面(mian)改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan),同时在(zai)700℃下在(zai)H 2或(huo)N 2气氛中(zhong)加(jia)(jia)热。结果(guo)表(biao)(biao)明,在(zai)高温下用(yong)(yong)(yong)H 2处理制(zhi)备(bei)的(de)(de)(de)(de)样(yang)品(pin)表(biao)(biao)现(xian)出优异的(de)(de)(de)(de)吸附(fu)(fu)阴离子和(he)(he)阳离子染(ran)料(liao)的(de)(de)(de)(de)能(neng)(neng)力(li)(li)。在(zai)另一(yi)(yi)(yi)个有(you)趣的(de)(de)(de)(de)实(shi)验(yan)中(zhong),使用(yong)(yong)(yong)两种纺(fang)(fang)织(zhi)染(ran)料(liao)在(zai)酸改(gai)性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)(biao)面(mian)和(he)(he)碱(jian)性(xing)(xing)(xing)(xing)碳表(biao)(biao)面(mian)上(shang)吸附(fu)(fu)。吸附(fu)(fu)能(neng)(neng)力(li)(li)表(biao)(biao)明,由(you)于碳基面(mian)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)局域π电(dian)(dian)子与(yu)染(ran)料(liao)分(fen)子中(zhong)的(de)(de)(de)(de)自由(you)电(dian)(dian)子之(zhi)间的(de)(de)(de)(de)分(fen)散力(li)(li),基本表(biao)(biao)面(mian)在(zai)染(ran)料(liao)吸收中(zhong)起到有(you)益作用(yong)(yong)(yong)。另一(yi)(yi)(yi)方(fang)面(mian),酸处理的(de)(de)(de)(de)样(yang)品(pin)由(you)于碳表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)氧(yang)化官能(neng)(neng)团和(he)(he)染(ran)料(liao)分(fen)子之(zhi)间存在(zai)排斥(chi)力(li)(li)而表(biao)(biao)现(xian)出降(jiang)低(di)的(de)(de)(de)(de)吸附(fu)(fu)。相(xiang)(xiang)反,这(zhei)些(xie)结果(guo)不能(neng)(neng)应用(yong)(yong)(yong)于所有(you)纺(fang)(fang)织(zhi)染(ran)料(liao)。一(yi)(yi)(yi)些(xie)染(ran)料(liao)表(biao)(biao)现(xian)出降(jiang)低(di)的(de)(de)(de)(de)吸附(fu)(fu)性(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)(he)增(zeng)加(jia)(jia)的(de)(de)(de)(de)基本特性(xing)(xing)(xing)(xing)。在(zai)此(ci),酸性(xing)(xing)(xing)(xing)红73和(he)(he)酸性(xing)(xing)(xing)(xing)黄23显示出改(gai)善的(de)(de)(de)(de)摄取,但酸性(xing)(xing)(xing)(xing)蓝74表(biao)(biao)现(xian)出降(jiang)低(di)的(de)(de)(de)(de)摄取。然(ran)而,这(zhei)些(xie)染(ran)料(liao)主要由(you)有(you)机结构组成。因(yin)此(ci),可(ke)以制(zhi)定一(yi)(yi)(yi)般假设增(zeng)加(jia)(jia)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)酸性(xing)(xing)(xing)(xing)官能(neng)(neng)团应导致染(ran)料(liao)吸收减(jian)少(shao)。经过(guo)实(shi)验(yan)发现(xian),活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)持续暴露(lu)于臭氧(yang)气体中(zhong)作为氧(yang)化剂将碱(jian)性(xing)(xing)(xing)(xing)表(biao)(biao)面(mian)位(wei)置转变为酸性(xing)(xing)(xing)(xing)表(biao)(biao)面(mian)位(wei)点。因(yin)此(ci),亚甲蓝的(de)(de)(de)(de)吸收减(jian)少(shao)。通过(guo)氧(yang)化可(ke)以从(cong)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)碳带释放(fang)电(dian)(dian)子这(zhei)一(yi)(yi)(yi)事实(shi)进一(yi)(yi)(yi)步阐(chan)述了这(zhei)一(yi)(yi)(yi)点,这(zhei)降(jiang)低(di)了染(ran)料(liao)环结构中(zhong)的(de)(de)(de)(de)π电(dian)(dian)子系统与(yu)碳表(biao)(biao)面(mian)上(shang)的(de)(de)(de)(de)石墨平面(mian)之(zhi)间的(de)(de)(de)(de)色散相(xiang)(xiang)互作用(yong)(yong)(yong)。

  在另一个实(shi)验中,使(shi)用2M硝(xiao)酸(suan)和盐(yan)酸(suan)来改(gai)性(xing)(xing)碳表面。使(shi)用了这(zhei)些碳,研究亚甲蓝(lan)(lan)的(de)(de)(de)(de)摄取(qu)能(neng)力。使(shi)用HCl和HNO 3处(chu)理(li)分别使(shi)吸(xi)附(fu)容量降(jiang)低了10.6%和13.5%。得出结论,类似的(de)(de)(de)(de)机制是造成这(zhei)些结果的(de)(de)(de)(de)原因,其中在活性(xing)(xing)炭和电子(zi)表面形成酸(suan)官能(neng)团,从而(er)减少了亚甲蓝(lan)(lan)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)收。他(ta)们进一步解释(shi)了使(shi)用这(zhei)两种酸(suan)导(dao)(dao)致(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)活性(xing)(xing)差异。用HCl处(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)碳比用HNO 3处(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)碳表现出更大的(de)(de)(de)(de)吸(xi)收。这(zhei)可(ke)(ke)归因于负离子(zi)(Cl -)可(ke)(ke)以吸(xi)附(fu)在碳表面上(shang)的(de)(de)(de)(de)正位点上(shang),并且可(ke)(ke)以在碳表面上(shang)诱(you)导(dao)(dao)负电荷,从而(er)促(cu)进带正电荷的(de)(de)(de)(de)染(ran)料分子(zi)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)附(fu)。然(ran)而(er),与这(zhei)些实(shi)验相反(fan),也有人声称(cheng)浓(nong)H 2SO 4的(de)(de)(de)(de)高(gao)温氧化可(ke)(ke)导(dao)(dao)致(zhi)(zhi)亚甲蓝(lan)(lan)吸(xi)附(fu)增(zeng)加(jia)。这(zhei)可(ke)(ke)以通过高(gao)温改(gai)性(xing)(xing)后增(zeng)加(jia)的(de)(de)(de)(de)中孔体积(ji)来证明,这(zhei)可(ke)(ke)以导(dao)(dao)致(zhi)(zhi)染(ran)料吸(xi)附(fu)增(zeng)强。

  我(wo)们对于(yu)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)应(ying)(ying)用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)期望有(you)哪些(xie)(xie),开(kai)发经济上廉(lian)价的(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭电极,其能(neng)够以最小的(de)(de)(de)(de)(de)电阻存储大量(liang)(liang)能(neng)量(liang)(liang)。类似(si)地,碳基材料具(ju)有(you)增(zeng)强CO 2的(de)(de)(de)(de)(de)基本表面吸收是(shi)为(wei)了(le)缓解(jie)全球变暖(nuan),是(shi)非常需要的(de)(de)(de)(de)(de)。另一(yi)方面,需要进一(yi)步研(yan)究具(ju)有(you)表面活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)剂(ji)改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭以消(xiao)除来自水性(xing)(xing)(xing)介质的(de)(de)(de)(de)(de)污染物(wu),以获得优(you)异(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)能(neng),因为(wei)该领域的(de)(de)(de)(de)(de)实验(yan)结果(guo)是(shi)有(you)限(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)。此外,考虑(lv)到特定污染物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)吸收增(zeng)加和减少的(de)(de)(de)(de)(de)影响(xiang),可以诱(you)导选择性(xing)(xing)(xing)吸附,这(zhei)为(wei)清洁能(neng)源(yuan)和环境科学领域提供了(le)新(xin)的(de)(de)(de)(de)(de)途径(jing)。除了(le)这(zhei)些(xie)(xie)研(yan)究结果(guo)之外,重要的(de)(de)(de)(de)(de)缺点是(shi)改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)过程的(de)(de)(de)(de)(de)成本和改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)过程中(zhong)使用(yong)的(de)(de)(de)(de)(de)剩余危险化学品的(de)(de)(de)(de)(de)处理。在回收吸附剂(ji)时,应(ying)(ying)注(zhu)意用(yong)于(yu)改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)化学品不应(ying)(ying)进入大气(qi),须要回收。吸附剂(ji)应(ying)(ying)用(yong)于(yu)循环测(ce)量(liang)(liang)并易于(yu)再(zai)生。牢记所(suo)有(you)这(zhei)些(xie)(xie)要点,该领域需要简单,新(xin)颖(ying),简单和更环保的(de)(de)(de)(de)(de)技术来改(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)活(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭。

文章标签:椰壳活性炭,果壳活性炭,煤质活性炭,木质活性炭,蜂窝活性炭,净水活性炭.

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