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                          硝酸處理活性炭的氧官能團增加比表面積
                          文章作者:韩研网络部 更新时间:2019-8-22 16:48:17

                            根據近期需求活性炭被用作具有儲存限制的儲能介質,並且其在空氣淨化器和汽車過濾器領域中的使用迅速增加。爲了在這些領域中的更好發展需要開發高比表面積的活性炭。以前的研究中了解到活性炭中的揮發性物質含量越高活化出來的比表面積越大,活性炭的揮發性物質受碳表面上的氧官能團的含量的影響。爲了研發具有高比表面積的活性炭,在炭活化期間可用作有用電子供體的氧官能團硝酸處理後並摻入活性炭中。根據原料的表面特征,氧官能團的結合方式不同來測試制成的活性炭表面積。

                            通過硝酸處理和活化制備活性炭

                            選擇木質材料和椰殼作爲活性炭的原料。研磨所有活性炭,並且僅在實驗中使用粒度在20-40目範圍內的那些。使用硝酸將氧官能團結合在活性炭的表面上。將分別將兩種材料和硝酸溶液置于燒瓶內並攪拌並在80℃下加熱12小時。將經表面處理的活性炭用蒸餾水洗滌多次直至它們變爲中性(pH7.0)後,將它們在加熱至105℃的烘箱中脫水至少12小時。根據5%、10%、20%濃度硝酸處理條件下獲得六個樣品。表面處理後的活性炭通過與化學活化劑固體混合而經曆活化反應。活化反應在750℃下進行1小時並在850℃下以10℃/分的加熱速率進行3小時。整個過程重複三次,活化之前六個酸處理後的樣品。

                            圖1:通過硝酸處理和活化活性炭的程序和目的。

                            硝酸處理活性炭的近似分析和元素分析

                            本研究中使用的活性炭的近似分析和元素分析结果如图2所示。基本组成显示出取决于用于制备活性炭的原料的差异,椰殼活性炭的固定碳和碳含量高于木質活性炭。木质的挥发性物质平均为10.48±0.14%,比椰壳的2.96±0.08%平均挥发性物质高约3倍,并且由于使用硝酸进行表面处理后急剧增加。在元素分析的结果中,氧气明显增加,这表明表面官能团的掺入通过硝酸处理是无缝的。根据活性炭的类型,氧含量增加存在明显差异。因此,通过表面处理增加的挥发性物质有助于在活化过程中形成缺陷区域。因此,与通过活化反应的初始条件相比,预期形成高比表面积。

                            圖2:關于硝酸處理的活性炭的近似和元素分析的結果。

                            活化處理炭的比表面積

                            已知微孔在化学活化过程中形成,因为活化剂内金属被还原。因此,通过表面处理掺入的氧官能团可在活化期间用作有用的电子供体。换言之,预期它们在具有高比表面积的活性炭的生产中奉献更多。虽然起始材料的程度存在差异,但与没经过硝酸处理的相比,没有表面处理的活性炭比表面积分别增加了约2.05倍和1.68倍。在活化与表面处理后的样品,活性炭的比表面积和孔分布显示出不同的结果,这取决于氧官能团在碳前体中的掺入程度。尽管与表面处理相关的活化样品的比表面积增加,但是根据目标活性炭存在轻微差异。对于木質活性炭,所有表面处理样品的比表面积低于化学活化后的木質活性炭,并且比表面积在降至20%浓度之前增加至10%处理浓度。对于椰殼活性炭,根据表面处理浓度的比表面积的增加与木質活性炭的相似,但比表面积高于化学活化的椰殼活性炭。根据目标活性炭的这种差异似乎与用于生产活性炭的起始材料的物理特性有关。结合在碳固体表面中的氧官能团在活化过程中对孔形成有显着奉献,并且已经被氧化的羧基官能团导致碳固体的结构在活化过程中塌陷,这减少了孔区域。在现有微孔中活化后,对微孔和中孔开发椰殼活性炭的孔分布,并且具有低氧官能团掺入的表面处理样品中的微孔膨胀以显示朝向中孔发展的分布。对于椰殼活性炭,通过表面处理将羰基没有主要扩散到羧基,这表明与木質活性炭相比,孔发展容易,因为通常掺入羰基。

                            圖3:用硝酸和活化處理的活性炭的孔徑分布。

                            对于制造高比表面积的活性炭的研究测试中,发现当硝酸处理浓度增加时,根据目标活性炭的表面特征不同地掺入氧官能团。对于与木質活性炭相比用相同的20%硝酸浓度处理的椰殼活性炭表面,-COOH官能团含量比木質活性炭小约3倍。用于增加比表面积的氧官能团是羰基,并且随着官能团的含量增加,羰基扩散到羧基。在活化剂含量降低的条件下,掺入5.69%羰基经过硝酸处理后的木質活性炭比表面积最多增加了0.18-35.58%。此外,掺入了4.75%的羰基的椰殼活性炭的比表面积的发展最大为0.34-24.73%。根据实验结果表明,通过控制氧官能团类型和碳含量可以增加活性炭的比表面积。

                          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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