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果殼活性炭材料的改性研究與進(jìn)展促進(jìn)企業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展
更新時(shí)間：2013-07-26 12:59 來(lái)源:龍達(dá)水處理 點(diǎn)擊數(shù)：
果殼活性炭材料的改性研究與進(jìn)展促進(jìn)企業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展
果殼活性炭的表面物理結(jié)構(gòu)：
果殼活性炭的表面物理結(jié)構(gòu)主要是指孔徑分布、比表面積和微孔容積等。
果殼活性炭的孔徑分布是影響吸附容量的主要因素。這是因?yàn)橛捎诜肿雍Y的作用，尺寸較大的吸附質(zhì)分子不能進(jìn)入孔直徑比其小的孔內(nèi)，吸附狀態(tài)主要有：
(1)當(dāng)吸附質(zhì)分子大于孔直徑時(shí)，因分子篩的作用，分子無(wú)法進(jìn)入孔內(nèi)，起不到吸附的作用。
(2)當(dāng)吸附質(zhì)分子約等于孔直徑時(shí)，活性炭的捕捉能力非常強(qiáng)，但僅適用于極低濃度下的吸附。
(3)當(dāng)吸附質(zhì)分子小于孔直徑時(shí)，在孔內(nèi)會(huì)發(fā)生毛細(xì)凝聚作用，使得活性炭的吸附量大。
(4)當(dāng)吸附質(zhì)分子遠(yuǎn)小于孔直徑時(shí)，吸附質(zhì)分子雖然易發(fā)生吸附，但也較容易發(fā)生脫附，脫附速度很快，而且低濃度下的吸附量小。
根據(jù)資料報(bào)道,對(duì)吸附劑利用率高的孔徑和吸附質(zhì)分子直徑的比值為1.7～3.0為宜，對(duì)需要重復(fù)再生的吸附劑這一比值為3～6或更高為宜。
果殼活性炭的表面物理結(jié)構(gòu)改性
一般來(lái)說(shuō)，活性炭表面物理結(jié)構(gòu)特性的改性方法有3種：物理法、化學(xué)法和物理化學(xué)聯(lián)合法，而后兩種方法較常用。
物理法：物理改性法通常包括兩個(gè)步驟:首先是對(duì)原料進(jìn)行炭化處理以除去其中的可揮發(fā)成分，然后用合適的氧化性氣體(如水蒸氣、二氧化碳、氧氣或空氣)對(duì)炭化物進(jìn)行活化處理。通過(guò)開(kāi)孔、擴(kuò)孔和創(chuàng)造新孔形成發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)。
化學(xué)法：化學(xué)改性法主要是將含碳物料與不同的化學(xué)藥品均勻混合或浸漬，在一定溫度下經(jīng)過(guò)炭化和活化，并回收化學(xué)藥品后得到具有更加豐富的微孔活性炭。常用的活化劑有堿金屬、堿土金屬的氫氧化物、無(wú)機(jī)鹽類(lèi)以及一些酸類(lèi)。目前應(yīng)用較多、較成熟的化學(xué)活化劑有KOH、NaOH、ZnCl2、CaCl2和H3PO4等。
物理化學(xué)聯(lián)合法：物理化學(xué)聯(lián)合改性法是將物理活化及化學(xué)活化兩種方法結(jié)合起來(lái)所采用的改性方法。此法使活性炭的制備變得更加靈活。Caturla等以核桃殼為原料，采用ZnCl2化學(xué)活化，然后用CO2于850 ℃進(jìn)行物理活化，進(jìn)一步開(kāi)孔和拓孔，用此法可制得比表面積高達(dá)3 000 m2/g的改性活性炭。Molina Sabio等先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%～85%的H3PO4在85 ℃下浸泡木質(zhì)纖維素2 h，然后將浸泡樣在450 ℃下炭化4 h，再將H3PO4活化樣用蒸餾水清洗，用CO2在825 ℃處理，結(jié)果獲得了比表面積達(dá)3 000 m2/g、總孔容達(dá)2 mL/g的超級(jí)活性炭。
活性炭的表面化學(xué)特性及其改性
活性炭的表面化學(xué)特性
活性炭吸附能力的強(qiáng)弱不但取決于它的孔隙結(jié)構(gòu)，而且取決于其表面化學(xué)性質(zhì)，表面化學(xué)性質(zhì)決定了活性炭的化學(xué)吸附。表面化學(xué)性質(zhì)的不同對(duì)活性炭的酸堿性、吸附選擇性、催化特性及電化學(xué)性質(zhì)等都會(huì)產(chǎn)生很大的影響。因此活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)的研究也受到了人們的高度重視。
由于碳固體表面原子不飽和性的存在，它們將以化學(xué)形式結(jié)合碳成分以外的原子和原子基團(tuán)，形成各種表面功能基團(tuán)，因而使活性炭產(chǎn)生了各種各樣的吸附特性�；钚蕴恐兄饕嬖诘摹�(duì)其吸附性能產(chǎn)生有影響的化學(xué)基團(tuán)主要是含氧官能團(tuán)和含氮官能團(tuán)。
含氧官能團(tuán)的來(lái)源一般為原料的炭化不完全或者是在活化過(guò)程中活性炭與活化劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)結(jié)合在表面上而形成的。
表面化學(xué)性質(zhì)的改性
活性炭材料的表面化學(xué)性質(zhì)改性就是指通過(guò)一定的方法改善活性炭材料表面的官能團(tuán)及其周邊氛圍的構(gòu)造，使其成為特定吸附過(guò)程中的活性點(diǎn)，可以控制其親水/憎水性能以及與金屬或金屬氧化物的結(jié)合能力。目前，活性炭表面化學(xué)性質(zhì)的改性主要在氧化改性、還原改性和負(fù)載金屬改性等方面進(jìn)行。
表面氧化改性
表面氧化改性主要是在適當(dāng)?shù)臈l件下利用合適的氧化劑對(duì)活性炭材料表面的官能團(tuán)進(jìn)行處理，從而提高表面含氧官能團(tuán)的含量，增強(qiáng)表面對(duì)極性物質(zhì)的吸附能力。目前的熱點(diǎn)主要集中在通過(guò)氧化提高表面酸性基團(tuán)上，特別是通過(guò)HNO3等氧化劑對(duì)活性炭表面進(jìn)行氧化改性，提高表面酸性氧化物的含量，從而相應(yīng)提高其親水性即極性。
表面還原改性
表面還原改性主要是使活性炭表面在適當(dāng)溫度下通過(guò)還原劑對(duì)表面官能團(tuán)進(jìn)行改性。提高含氧堿性基團(tuán)的相對(duì)含量，增強(qiáng)表面的非極性，從而提高活性炭對(duì)非極性物質(zhì)的吸附性能。目前，還原改性的手段主要集中在利用H2和N2等氣體對(duì)活性炭的高溫處理和氨水浸漬處理。
負(fù)載金屬改性
負(fù)載金屬改性的原理大都是通過(guò)活性炭的還原性和吸附性來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先通過(guò)液相沉積的方法在活性炭表面引入特定的金屬離子，然后利用活性炭的還原性，將金屬離子還原成單質(zhì)或低價(jià)態(tài)的離子。通過(guò)金屬或金屬離子對(duì)被吸附物較強(qiáng)的結(jié)合力，從而增加活性炭對(duì)被吸附物的吸附性能。
目前，隨著活性炭應(yīng)用范圍的推廣，對(duì)活性炭的改性日益引起人們的關(guān)注。除了上述介紹的方法之外，目前國(guó)內(nèi)外主要的改性方向有：針對(duì)特定的應(yīng)用領(lǐng)域及目的，選擇能夠控制炭化產(chǎn)物表面組成的原料，通過(guò)合適的活化工藝獲得大的比表面積及達(dá)到特定的目的。例如，對(duì)活性炭進(jìn)行表面處理，增強(qiáng)其憎水性及抗氧化性。
目前主要的處理方法有：添加活化劑、高溫處理、低溫等離子技術(shù)、碳沉積和微波法等。
結(jié) 語(yǔ)
活性炭吸附性能取決于它的表面結(jié)構(gòu)特性和表面化學(xué)性質(zhì)。采用不同方法和手段對(duì)活性炭進(jìn)行活化與表面改性，可以顯著增強(qiáng)活性炭的吸附催化能力。通過(guò)物理化學(xué)活化方法能使活性炭形成發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)增加吸附性能。與此同時(shí),通過(guò)氧化還原及負(fù)載等方法能使活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化而增強(qiáng)對(duì)特定物質(zhì)的吸附。值得注意的是,在表面化學(xué)性質(zhì)改變的同時(shí),其表面積及孔徑分布等物理結(jié)構(gòu)也將發(fā)生改變,對(duì)其吸附性能將產(chǎn)生影響,因此在進(jìn)行表面化學(xué)性質(zhì)改性的同時(shí)要綜合考慮物理結(jié)構(gòu)的變化。另外,一般活性炭再生的工藝是否會(huì)影響到增強(qiáng)的性能也應(yīng)在后續(xù)工作中認(rèn)真考慮。 鞏義市龍達(dá)水處理材料有限公司是國(guó)內(nèi)活性炭大型生產(chǎn)廠家。主要生產(chǎn)活性炭系列產(chǎn)品有：粉狀活性炭、果殼活性炭、煤質(zhì)活性炭、椰殼活性炭、杏殼活性炭、棗殼活性炭、污水處理活性炭、印染處理活性炭和空氣凈化活性炭等活性炭系列產(chǎn)品。
活性炭廠家24小時(shí)咨詢(xún)熱線(xiàn)：0371-64035078 手機(jī)：15037128885
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果殼活性炭的表面物理結(jié)構(gòu)：
果殼活性炭的表面物理結(jié)構(gòu)主要是指孔徑分布、比表面積和微孔容積等。
果殼活性炭的孔徑分布是影響吸附容量的主要因素。這是因?yàn)橛捎诜肿雍Y的作用，尺寸較大的吸附質(zhì)分子不能進(jìn)入孔直徑比其小的孔內(nèi)，吸附狀態(tài)主要有：
(1)當(dāng)吸附質(zhì)分子大于孔直徑時(shí)，因分子篩的作用，分子無(wú)法進(jìn)入孔內(nèi)，起不到吸附的作用。
(2)當(dāng)吸附質(zhì)分子約等于孔直徑時(shí)，活性炭的捕捉能力非常強(qiáng)，但僅適用于極低濃度下的吸附。
(3)當(dāng)吸附質(zhì)分子小于孔直徑時(shí)，在孔內(nèi)會(huì)發(fā)生毛細(xì)凝聚作用，使得活性炭的吸附量大。
(4)當(dāng)吸附質(zhì)分子遠(yuǎn)小于孔直徑時(shí)，吸附質(zhì)分子雖然易發(fā)生吸附，但也較容易發(fā)生脫附，脫附速度很快，而且低濃度下的吸附量小。
根據(jù)資料報(bào)道,對(duì)吸附劑利用率高的孔徑和吸附質(zhì)分子直徑的比值為1.7～3.0為宜，對(duì)需要重復(fù)再生的吸附劑這一比值為3～6或更高為宜。
果殼活性炭的表面物理結(jié)構(gòu)改性
一般來(lái)說(shuō)，活性炭表面物理結(jié)構(gòu)特性的改性方法有3種：物理法、化學(xué)法和物理化學(xué)聯(lián)合法，而后兩種方法較常用。
物理法：物理改性法通常包括兩個(gè)步驟:首先是對(duì)原料進(jìn)行炭化處理以除去其中的可揮發(fā)成分，然后用合適的氧化性氣體(如水蒸氣、二氧化碳、氧氣或空氣)對(duì)炭化物進(jìn)行活化處理。通過(guò)開(kāi)孔、擴(kuò)孔和創(chuàng)造新孔形成發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)。
化學(xué)法：化學(xué)改性法主要是將含碳物料與不同的化學(xué)藥品均勻混合或浸漬，在一定溫度下經(jīng)過(guò)炭化和活化，并回收化學(xué)藥品后得到具有更加豐富的微孔活性炭。常用的活化劑有堿金屬、堿土金屬的氫氧化物、無(wú)機(jī)鹽類(lèi)以及一些酸類(lèi)。目前應(yīng)用較多、較成熟的化學(xué)活化劑有KOH、NaOH、ZnCl2、CaCl2和H3PO4等。
物理化學(xué)聯(lián)合法：物理化學(xué)聯(lián)合改性法是將物理活化及化學(xué)活化兩種方法結(jié)合起來(lái)所采用的改性方法。此法使活性炭的制備變得更加靈活。Caturla等以核桃殼為原料，采用ZnCl2化學(xué)活化，然后用CO2于850 ℃進(jìn)行物理活化，進(jìn)一步開(kāi)孔和拓孔，用此法可制得比表面積高達(dá)3 000 m2/g的改性活性炭。Molina Sabio等先用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68%～85%的H3PO4在85 ℃下浸泡木質(zhì)纖維素2 h，然后將浸泡樣在450 ℃下炭化4 h，再將H3PO4活化樣用蒸餾水清洗，用CO2在825 ℃處理，結(jié)果獲得了比表面積達(dá)3 000 m2/g、總孔容達(dá)2 mL/g的超級(jí)活性炭。
活性炭的表面化學(xué)特性及其改性
活性炭的表面化學(xué)特性
活性炭吸附能力的強(qiáng)弱不但取決于它的孔隙結(jié)構(gòu)，而且取決于其表面化學(xué)性質(zhì)，表面化學(xué)性質(zhì)決定了活性炭的化學(xué)吸附。表面化學(xué)性質(zhì)的不同對(duì)活性炭的酸堿性、吸附選擇性、催化特性及電化學(xué)性質(zhì)等都會(huì)產(chǎn)生很大的影響。因此活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)的研究也受到了人們的高度重視。
由于碳固體表面原子不飽和性的存在，它們將以化學(xué)形式結(jié)合碳成分以外的原子和原子基團(tuán)，形成各種表面功能基團(tuán)，因而使活性炭產(chǎn)生了各種各樣的吸附特性�；钚蕴恐兄饕嬖诘摹�(duì)其吸附性能產(chǎn)生有影響的化學(xué)基團(tuán)主要是含氧官能團(tuán)和含氮官能團(tuán)。
含氧官能團(tuán)的來(lái)源一般為原料的炭化不完全或者是在活化過(guò)程中活性炭與活化劑進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)結(jié)合在表面上而形成的。
表面化學(xué)性質(zhì)的改性
活性炭材料的表面化學(xué)性質(zhì)改性就是指通過(guò)一定的方法改善活性炭材料表面的官能團(tuán)及其周邊氛圍的構(gòu)造，使其成為特定吸附過(guò)程中的活性點(diǎn)，可以控制其親水/憎水性能以及與金屬或金屬氧化物的結(jié)合能力。目前，活性炭表面化學(xué)性質(zhì)的改性主要在氧化改性、還原改性和負(fù)載金屬改性等方面進(jìn)行。
表面氧化改性
表面氧化改性主要是在適當(dāng)?shù)臈l件下利用合適的氧化劑對(duì)活性炭材料表面的官能團(tuán)進(jìn)行處理，從而提高表面含氧官能團(tuán)的含量，增強(qiáng)表面對(duì)極性物質(zhì)的吸附能力。目前的熱點(diǎn)主要集中在通過(guò)氧化提高表面酸性基團(tuán)上，特別是通過(guò)HNO3等氧化劑對(duì)活性炭表面進(jìn)行氧化改性，提高表面酸性氧化物的含量，從而相應(yīng)提高其親水性即極性。
表面還原改性
表面還原改性主要是使活性炭表面在適當(dāng)溫度下通過(guò)還原劑對(duì)表面官能團(tuán)進(jìn)行改性。提高含氧堿性基團(tuán)的相對(duì)含量，增強(qiáng)表面的非極性，從而提高活性炭對(duì)非極性物質(zhì)的吸附性能。目前，還原改性的手段主要集中在利用H2和N2等氣體對(duì)活性炭的高溫處理和氨水浸漬處理。
負(fù)載金屬改性
負(fù)載金屬改性的原理大都是通過(guò)活性炭的還原性和吸附性來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先通過(guò)液相沉積的方法在活性炭表面引入特定的金屬離子，然后利用活性炭的還原性，將金屬離子還原成單質(zhì)或低價(jià)態(tài)的離子。通過(guò)金屬或金屬離子對(duì)被吸附物較強(qiáng)的結(jié)合力，從而增加活性炭對(duì)被吸附物的吸附性能。
目前，隨著活性炭應(yīng)用范圍的推廣，對(duì)活性炭的改性日益引起人們的關(guān)注。除了上述介紹的方法之外，目前國(guó)內(nèi)外主要的改性方向有：針對(duì)特定的應(yīng)用領(lǐng)域及目的，選擇能夠控制炭化產(chǎn)物表面組成的原料，通過(guò)合適的活化工藝獲得大的比表面積及達(dá)到特定的目的。例如，對(duì)活性炭進(jìn)行表面處理，增強(qiáng)其憎水性及抗氧化性。
目前主要的處理方法有：添加活化劑、高溫處理、低溫等離子技術(shù)、碳沉積和微波法等。
結(jié) 語(yǔ)
活性炭吸附性能取決于它的表面結(jié)構(gòu)特性和表面化學(xué)性質(zhì)。采用不同方法和手段對(duì)活性炭進(jìn)行活化與表面改性，可以顯著增強(qiáng)活性炭的吸附催化能力。通過(guò)物理化學(xué)活化方法能使活性炭形成發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)增加吸附性能。與此同時(shí),通過(guò)氧化還原及負(fù)載等方法能使活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化而增強(qiáng)對(duì)特定物質(zhì)的吸附。值得注意的是,在表面化學(xué)性質(zhì)改變的同時(shí),其表面積及孔徑分布等物理結(jié)構(gòu)也將發(fā)生改變,對(duì)其吸附性能將產(chǎn)生影響,因此在進(jìn)行表面化學(xué)性質(zhì)改性的同時(shí)要綜合考慮物理結(jié)構(gòu)的變化。另外,一般活性炭再生的工藝是否會(huì)影響到增強(qiáng)的性能也應(yīng)在后續(xù)工作中認(rèn)真考慮。 鞏義市龍達(dá)水處理材料有限公司是國(guó)內(nèi)活性炭大型生產(chǎn)廠家。主要生產(chǎn)活性炭系列產(chǎn)品有：粉狀活性炭、果殼活性炭、煤質(zhì)活性炭、椰殼活性炭、杏殼活性炭、棗殼活性炭、污水處理活性炭、印染處理活性炭和空氣凈化活性炭等活性炭系列產(chǎn)品。
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