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粉狀活性炭如何進行表面改性以提高性能？粉狀活性炭生產(chǎn)廠家
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1.活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)
在使用活性炭或活性炭作為催化劑載體的液相吸附過程中，不僅碳表面的化學(xué)性質(zhì)對吸附性能有很大影響，而且活性炭的化學(xué)性質(zhì)對吸附性能也有很大影響。但是，關(guān)于活性炭的表面化學(xué)的報道越來越多。
活性炭的吸附性能不僅取決于孔結(jié)構(gòu)，還取決于決定活性炭化學(xué)吸附的表面化學(xué)性質(zhì)。化學(xué)性質(zhì)主要取決于表面，表面雜原子和化合物上化學(xué)官能團的類型和數(shù)量。不同的表面官能團，雜原子和化合物在不同被吸附物的吸附上具有明顯差異。因此，化學(xué)修飾活性炭的表面化學(xué)結(jié)構(gòu)以使吸附更具選擇性非常重要。
活性炭的表面官能團通常分為含氧官能團和含氮官能團，并且含氧官能團主要包括羧基，酚羥基，羰基，內(nèi)酯基和環(huán)狀過氧基。含氮官能團可以以兩種類型存在：酰胺基和鄰苯二甲酸酯。 Iminogi，內(nèi)酰胺基，吡咯基型嘧啶等
表面官能團是活性炭的活性中心，直接決定活性炭表面的各種化學(xué)性質(zhì)。然而，表面官能團的各種性質(zhì)與原料和活化方法直接相關(guān)。只要原料或活化方法得到改善，活性炭的性能就會發(fā)生變化。
2.1表面氧化改性。
技術(shù)人員使用強氧化劑在特定溫度環(huán)境下處理活性炭，以確保活性炭表面上存在更多的氧酸基團，使表面更具極性，并降低了零點pH。在實際應(yīng)用中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)活性炭的表面極性越強，吸附越好。
在此階段，用于活性炭的表面氧化改性的原材料很多，其中*常見的是HNO3，H2O2和HClO。學(xué)者在實驗研究中使用HNO3。研究表明，用HNO3處理活性炭表面后，吸附性能得到了進一步改善，尤其是對于三鹵甲烷。一些學(xué)者使用HNO3，HClO和其他兩種原料進行了實驗，測試表明，使用HNO3處理活性炭表面不僅增加了酸性基團的數(shù)量，而且還顯著破壞了活性炭表面的微孔結(jié)構(gòu)。切碎。用HClO在活性炭表面上進行測試的結(jié)果是，氧基團的數(shù)量增加，但是微孔結(jié)構(gòu)沒有明顯改變，比表面積也沒有明顯改變。
另外，許多學(xué)者使用了不同的方法并獲得了相應(yīng)的數(shù)據(jù)來校正活性炭的表面氧化。
2.2表面還原校正
測試技術(shù)人員使用還原劑在特定溫度環(huán)境下執(zhí)行表面還原校正測試。如果測試成功，則活性炭表面顯然會吸附到非極性材料上。這主要是使用還原劑來增加活性炭表面上的堿性基團的數(shù)量，并且堿性越高，活性炭表面的非極性越強，因此活性炭的表面具有非極性特性。該物質(zhì)更敏感。
一位學(xué)者對H2進行了實驗，發(fā)現(xiàn)使用H2后，活性炭表面的氧酸性官能團數(shù)量減少，從而產(chǎn)生了CO2，CO等物質(zhì)。這些物質(zhì)與活性炭的表面分離，導(dǎo)致含氧酸官能團的數(shù)量顯著減少，同時增加了堿性官能團的數(shù)量。一些學(xué)者使用氨水和苯胺還原劑進行了實驗研究，研究表明，用這兩種還原劑對活性炭表面進行改性后，表面上負性基團的非極性吸附能力得到了極大的提高。這主要是因為氨和苯胺是可以與活性炭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的極性物質(zhì)。加熱后，表面的孔半徑增大，從而使離子進入孔中以增加表面電負性并改善活性炭表面。無極性吸附能力強。
2.3表面酸堿改性
目前，在使用活性炭的過程中，種類少，技術(shù)水平低，實用的功能性活性炭少，但經(jīng)過酸堿改性后，可以有效解決上述問題。
當前，技術(shù)實驗人員使用的許多酸堿改性劑包括HNO3，H2O2，HClO和檸檬酸。一位學(xué)者決定使用兩種酸堿改性劑，即HNO3和NaOH以及NaCl的混合物。經(jīng)過兩次表面酸堿重整后，活性炭的表面吸附速率提高，吸附容量也提高。
2.4表面等離子體改性
在傳統(tǒng)活性炭表面上引入堿性官能團主要是通過氨浸漬和高溫脫氧。*近的研究表明，在通過氧氮等離子體和CF4等離子體改性的活性炭表面上引入氧，氮和氟官能團，在某些特殊應(yīng)用中顯示出良好的效果。
一些學(xué)者已經(jīng)使用低壓O2/N2等離子體對商用煤基活性炭的表面進行了改性。研究表明，活性炭被P-O2轉(zhuǎn)化，并向碳表面引入了大量的含氧官能團。經(jīng)P-N2改性的活性炭為：隨著活性炭的表面改性強度的提高，表面含氧的酸性官能團逐漸減少，而含氮的官能團逐漸增加，從而獲得了富含硝基，胺和酰胺基的活性炭。另外，當以相同的功率改性P-O2時，活性炭的點火損失率高于P-N2改性的點火損失率，并且隨著P-O2改性過程中等離子體產(chǎn)生功率的增加，活性炭的點火損失率增加。在-N 2重整過程中，活性炭燃燒速率隨著等離子體產(chǎn)生功率的變化而達到峰值。在低功率范圍內(nèi)，它隨著功率的增加而增加;在高功率范圍內(nèi)，它隨著功率的進一步增加而減小。
一些學(xué)者對活性炭纖維進行了遠程等離子體表面改性研究，發(fā)現(xiàn)在遠程等離子體中，電子離子對樣品的蝕刻作用具有抵抗力。活性碳纖維經(jīng)過遠程等離子體表面改性后，在表面上含有氧官能團。當增加時，基礎(chǔ)染料結(jié)晶紫的吸附性能得到改善。從出料區(qū)到邊遠區(qū)40cm，當出料時間，出力和出料壓力恒定時，經(jīng)過P-N2處理的活性炭纖維的吸附能力明顯提高，而在邊遠區(qū)40cm處，活性炭纖維的吸附力基本穩(wěn)定。當放電壓力，放電功率，長距離距離固定時，在活性炭纖維的表面上會產(chǎn)生更多的自由基，隨著放電時間的增加，表面酸度增加，堿性染料結(jié)晶紫的吸附增加。能力提高。
活性炭HNO 3 處理(C / HNO 3)
將活性炭(20g 930m 2 / g)用100ml濃HNO 3在回流下處理2,4,8,16 或38小時。回流后，過濾得到的物質(zhì)，用熱蒸餾水充分洗滌，直到清洗水的pH值約為7.將碳在60℃下真空干燥24小時。
活性炭與亞硫酰氯的反應(yīng)(C / HNO 3 / SOCl 2)
將經(jīng)HNO 3 處理的活性炭(0.80g)在80℃下真空干燥以除去可干擾反應(yīng)的水和其它物質(zhì)。反應(yīng)用5ml苯和5ml SOCl 2回流24小時。將混合物在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中干燥并用苯充分洗滌以除去殘留的SOCl 2。
活性炭與乙二胺(EDT，HSCH 2 CH 2 SH)或1,7-二巰基-4-硫代庚烷(DMTH，HSCH 2 CH 2 CH 2 SCH 2 CH 2 CH 2SH)
用SOCl 2處理后，使材料C / HNO 3 / SOCl 2(0.80g)與9mmol 1,2-乙二醇或1,7-二巰基-4-硫代庚烷在5ml氯仿中回流48小時。產(chǎn)物用CHCl 3充分洗滌并通過離心分離。
活性炭與EDAH 2 NCH 2 CH 2 NH 2)或三乙基四胺(H 2 NCH 2 CH 2 NHCH 2 CH 2 NHCH 2 CH 2 NH 2)
用SOCl 2處理后，使材料(0.80g)與胺(2.6ml)在6ml氯仿中回流48小時。產(chǎn)物用CHCl 3充分洗滌并離心分離。
熱失重分析在N 2下進行或以10℃/ min的加熱速率進行氣流。使用KBr在FTIR Mattson儀器中獲得紅外光譜分析。BET表面積在設(shè)備中獲得，活性炭樣品在200℃真空下處理3小時。
溫度程序分解與質(zhì)譜聯(lián)用(TPDMS)
TPDMS實驗在HP 5989 II質(zhì)譜儀中使用5mg樣品在裝有加熱系統(tǒng)的直接探針中進行，所述加熱系統(tǒng)插入到MS室中(P = 6.10 -6 Torr)。將探頭以5℃/分鐘的速度加熱至275℃，并通過質(zhì)譜儀分析所有揮發(fā)性分解產(chǎn)物。
用NaOH 對活性炭C / HNO 3進行電位滴定
將懸浮于25ml蒸餾水中的碳(0.1g)用0.02M NaOH溶液連續(xù)攪拌滴定。滴定在氮氣氣氛下進行，以避免CO的干擾2從空氣中。以0.5ml的間隔逐步加入NaOH溶液5-10分鐘以使反應(yīng)進行并使pH穩(wěn)定。
活性炭可以通過表面化學(xué)改性來定制，以產(chǎn)生具有獨特性質(zhì)的材料并用于特定的應(yīng)用。這些修改可以通過關(guān)鍵表面中間體：-COOH進行。含有-COOH基團的活性炭顯示出優(yōu)異的陽離子交換性能，并可用作水中金屬污染物的吸附劑。這些-COOH 團體可以轉(zhuǎn)化為-COCl，這是一個非常活躍和多功能的組別，用于將其他分子接枝到活性炭表面上。從這個酰氯中間體出來幾個S和N分子，例如HSR和HNR 2，可以很容易地綁定到活性炭表面。這些S和N官能化的活性炭顯示出作為金屬吸附劑的巨大潛力，如今嚴重環(huán)境問題的重金屬得到了活性炭的治理。
活性炭的表面結(jié)構(gòu)特征和表面化學(xué)性質(zhì)是影響活性炭吸附性能的重要因素。對活性炭進行表面氧化改性，會導(dǎo)致活性炭的表面結(jié)構(gòu)特征和表面化學(xué)性質(zhì)發(fā)生較明顯的變化，主要體現(xiàn)在比表面積和孔容積有不同程度的降低；活性炭表面生成大量的含氧官能團；對金屬離子的吸附能力增強，對有機物的吸附性能根據(jù)具體物質(zhì)和改性條件的不同而變化。因此，在總結(jié)以上國內(nèi)外研究成果的基礎(chǔ)上，對活性炭進行有針對性的氧化改性，可以有針對性的改變活性炭對某些物質(zhì)的吸附性能。
通過對國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀來看，以下問題需要進一步開展研究：①表面氧化改性前后活性炭對金屬離子和有機物的吸附機制仍然是一種設(shè)想，還需要在今后的研究中加以進一步的完善；②由于實際應(yīng)用中的活性炭多處于多種有機物共存的競爭性吸附條件下，而目前試驗中，大多研究的是對單一有機物的吸附問題，因此，活性炭對多種吸附質(zhì)共同存在情況下的競爭吸附及其機制需要深入研究；③目前，所開展的表面氧化改性活性炭吸附性能的研究仍處在實驗室的小試階段，因此，還需要進一步開展擴大試驗甚至中試和實際生產(chǎn)試驗的研究，對表面氧化改性活性炭在實際生產(chǎn)中的性能進行分析。
總體而言，活性炭的表面氧化改性技術(shù)為活性炭的應(yīng)用提供了新的思路，在對現(xiàn)有研究加以完善的基礎(chǔ)上，該技術(shù)可望得到更廣泛的應(yīng)用。