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                          活性炭改性後的實際應用
                          文章作者:韩研网络部 更新时间:2019-2-25 11:52:01

                            爲了探索活性炭化學表面改性引起的效應,研究人員已經在各種實際應用中開發了改性活性炭(表1)。本期介紹活性炭的一些應用領域。

                            表1:活性炭的幾種改性方法。

                          原材料

                          活化方法

                          改性後的變化

                          活性炭

                          KOH活化

                          增加表面積導致高比電容

                          活性炭

                          2%重量的六胺進行氮摻雜

                          增加了超級電容器應用的電極電容

                          活性炭

                          硝酸氧化

                          在氧化後增強了能量密度

                          活性炭

                          木質材料H 3 PO 4制備活性炭,並用NH 3改性

                          加入氮基團增了的吸附速度和容量

                          活性炭

                          通過酸和堿處理産生高極性碳表面

                          對相對極性的甲基叔丁基醚和相對非極性的三氯乙烯吸附

                          活性炭

                          HNO 3HCl 酸處理

                          酸處理产生更多活性的酸性表面基团,例如羧基和内酯,导致碱性染料的吸附减少

                          活性炭

                          使用HNO 3H 2 O 2NH 3進行化學處理

                          由于活性炭的化學改性,具有優異的染料吸附性能

                            活性炭作爲超級電容器

                            化学表面改性的活性炭广泛用作储能装置。前材料使用同时化学(KOH)和物理(CO 2)活化方法生产活性炭。然后使用过氧化氢(H 2 O 2),硝酸(HNO 3)和硫酸(H 2 SO 4)对所获得的碳基材料进行表面氧化。作为改进的结果,未观察到最终样品的纹理特征的显着变化,但表面的化学特性表现出明显的变化。在活性炭的表面上引入了新的官能团,导致HNO 3处理的碳中的比电容增強。在另一个实验中,使用其他原材料的KOH活化的活性炭。改性的活性炭在表面上诱导氧和氮基团。实验结果表明,富含氮的活性炭表现出较高的电容比掺氧的活性炭強很多。这些结果表明,富氧活性炭中的表面羧基官能团阻止电解质扩散到多孔网络中,而氮基团的存在可以产生微中孔性和优异的伪电容性质。此外,HNO 3改性多孔木碳单块可用于超级电容器。结果表明,与原始碳材料相比,电化学电容性能显着提高。

                          活性炭的内部结构

                            活性炭作爲二氧化碳吸附劑

                            使用氨改性活性炭能对二氧化碳快速吸附,是作为提高其CO 2获取能力的替代方法。表面改性的活性炭的主要属性是引入氮气的功能性,其表现出強碱性,可以诱导路易斯酸碱相互作用与酸性二氧化碳分子。这提高了吸附性能。然而,CO 2之间的化学相互作用非常強分子和吸附剂表面可导致不良的吸附剂再生并且在经济上是不利的。因此,适度的物理吸附是有效吸附气体分子并在需要时释放它们的理想相互作用。

                            活性炭作爲有機汙染物吸附劑

                            研究表明,與金屬相比,活性炭廣泛用于吸附有機分子。有助于活性炭的高吸附性能的主要因素包括其優異的紋理特征和合適的表面官能團的産生。據大家了解,富氧的酸性表面可以減少水性介質中有機物質的吸附,而它們的缺失會提高活性炭的吸附性能。在碳表面上引入的弱酸性官能團可以增加金屬吸附能力,同時降低酚類化合物在水性環境中的吸附。這實驗表明,在高濃度的表面酸性基團中苯酚物理吸附減少,這可能是由于碳基面的分散力降低。這表明,隨著碳表面基面上π電子的可用性增加和吸附位置的氧含量降低,苯酚吸附增加。其他一些研究通過水優選與氧部分的氫鍵吸附在活性炭表面上的事實解釋了苯酚的吸附減少。這導致形成阻礙酚分子進入微孔結構的大團簇。這些氧簇隨後通過在碳中定位自由電子來降低吸附性能。其他機制表明吸附電子和吸附質的芳香結構之間産生兩種相互作用,即π-分散和靜電相互作用。迄今爲止,幾乎所有涉及從水溶液中去除有機物的實驗研究都使用苯酚和苯衍生化合物作爲模型研究。除表面化學外,還應考慮其他因素,如溶液的pH值,溶液的溫度,吸附劑的類型,氧氣的有效性和礦物質含量,以便有效去除廢水中的有機汙染物。

                            活性炭作爲染料吸附劑

                            在过去的几十年里,纺织和染料工业正在取得重大进展。然而,从废水中去除多余的染料仍然是研究人员的一项挑战性任务。大家分别用6M和10M硝酸和过氧化氢检测表面改性的活性炭,同时在700℃下在H 2或N 2气氛中加热。结果表明,在高温下用H 2处理制备的样品表现出优异的吸附阴离子和阳离子染料的能力。在另一个有趣的实验中,使用两种纺织染料在酸改性的活性炭表面和碱性碳表面上吸附。吸附能力表明,由于碳基面中的局域π电子与染料分子中的自由电子之间的分散力,基本表面在染料吸收中起到有益作用。另一方面,酸處理的样品由于碳表面的氧化官能团和染料分子之间存在排斥力而表现出降低的吸附。相反,这些结果不能应用于所有纺织染料。一些染料表现出降低的吸附性和增加的基本特性。在此,酸性红73和酸性黄23显示出改善的摄取,但酸性蓝74表现出降低的摄取。然而,这些染料主要由有机结构组成。因此,可以制定一般假设增加活性炭表面的酸性官能团应导致染料吸收减少。经过实验发现,活性炭持续暴露于臭氧气体中作为氧化剂将碱性表面位置转变为酸性表面位点。因此,亚甲蓝的吸收减少。通过氧化可以从活性碳带释放电子这一事实进一步阐述了这一点,这降低了染料环结构中的π电子系统与碳表面上的石墨平面之间的色散相互作用。

                            在另一个实验中,使用2M硝酸和盐酸来改性碳表面。使用了这些碳,研究亚甲蓝的摄取能力。使用HCl和HNO 3处理分别使吸附容量降低了10.6%和13.5%。得出结论,类似的机制是造成这些结果的缘故,其中在活性炭和电子表面形成酸官能团,从而减少了亚甲蓝的吸收。他们进一步解释了使用这两种酸导致的活性差异。用HCl处理的碳比用HNO 3处理的碳表现出更大的吸收。这可归因于负离子(Cl -)可以吸附在碳表面上的正位点上,并且可以在碳表面上诱导负电荷,从而促进带正电荷的染料分子的吸附。然而,与这些实验相反,也有人声称浓H 2SO 4的高温氧化可导致亚甲蓝吸附增加。这可以通过高温改性后增加的中孔体积来证明,这可以导致染料吸附增強。

                            大家对于活性炭改性应用的期望有哪些,开发经济上廉价的活性炭电极,其能够以最小的电阻存储大量能量。类似地,碳基材料具有增強CO 2的基本表面吸收是为了缓解全球变暖,是非常需要的。另一方面,需要进一步研究具有表面活性剂改性的活性炭以排除来自水性介质的污染物,以获得优异的性能,因为该领域的实验结果是有限的。此外,考虑到特定污染物的吸收增加和减少的影响,可以诱导选择性吸附,这为清洁能源和环境科学领域提供了新的途径。除了这些研究结果之外,重要的缺点是改性过程的成本和改性过程中使用的剩余危险化学品的处理。在回收吸附剂时,应注意用于改性的化学品不应进去大气,须要回收。吸附剂应用于循环测量并易于再生。牢记所有这些要点,该领域需要简单,新颖,简单和更环保的技术来改性活性炭。

                          文章標簽:椰殼活性炭,果殼活性炭,煤質活性炭,木質活性炭,蜂窩活性炭,淨水活性炭.

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