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吸附作用的应用研究综述报告摘要：吸附应用最早可以追溯到远古时代，那时人类用木炭来防水吸潮。
近现代随着科技的高速发展，吸附技术广泛应用于包括化工、轻工、炼油、冶金和环保等众多领域。
根据吸附机理不同，可以分为化学吸附和物理吸附，而目前工业上常用的吸附剂主要有活性炭，活性氧化铝，硅胶，分子筛等。
本文介绍了吸附的一些基础概念，并列举了吸附作用在废水净化、有机物回收、环保、医疗等方面的研究进展，并且预测了吸附技术的以后发展趋势。
关键词：吸附;活性炭;活性氧化铝;硅胶;分子筛ABSTRACT:The adsorption application can be traced back to ancient times, the early humans use charcoal to be absorb moisture. With the rapid development of science and technology in modern times, the adsorption technology is widely applied in many fields including chemical industry, light industry, oil refining, metallurgy and environmental protection, etc. Based on the different mechanisms of adsorption, it can be divided into two parts, chemical adsorption and physical adsorption. Besides, at present, common adsorbents in industry are activated carbon, activated alumina, silica gel, molecular sieve, etc. In this paper, it introduces some basic concepts about adsorption, and lists the research progress of adsorption application on wastewater purification, organic compounds recycling, environmental protection, medical treatment, and forecasts the developing trends of adsorption technology in future. KEY WORDS:adsorption; activated carbon; activated alumina; silica gel; molecular sieve1前言人类对吸附的认识和应用可以追溯到远古时代,马王堆古墓出土文物中就发现有木炭用来防水吸潮。
碳材料孔控制研究进展简要说明炭材料孔的形成、分类和描述，之后评述了控制碳材料孔结构技术的的重要性。
评述了四种碳材料成孔机理和多种孔描述技术的优略，然后从VOC处理及回收利用、水净化、汽车尾气处理、CO2的可逆不可逆吸附和电极材料5个方面来说明在碳材料中孔结构控制的重要性。
最后介绍了孔结构控制技术，包括大孔控制、中孔控制、微孔控制。
Abstract: Techniques for controlling the pore structure and its importance in carbon materials are reviewed after a brief explanation on formation mechanism and classification and characterization of pores. The understanding of four kinds of pore-forming processes are reviewed and then five application areas are presented to show the importance of pore structure control in carbon materials, which included VOC treatment and recycling，Water purification，gasoline vapor adsorption, CO2 capture, and carbon electrodes for electric double layer capacitors. Pore structure control techniques are shown, including the macroporous control, mesoporous control and micropore control.活性炭是一种具有丰富内部孔隙结构、高空隙率和较高比表面积的六方晶格型碳。
《活性炭孔结构对CO2和CH4吸附分离性能的影响》篇一一、引言随着工业化的快速发展，气体混合物的分离与纯化变得日益重要。
活性炭作为一种优良的吸附材料，因其独特的孔结构及高比表面积，在CO2和CH4等气体的吸附分离中具有广泛应用。
本文旨在探讨活性炭的孔结构对CO2和CH4吸附分离性能的影响，以期为相关研究与应用提供理论支持。
二、活性炭孔结构概述活性炭的孔结构主要由微孔、介孔和大孔组成。
微孔直径小于2纳米，介孔直径在2-50纳米之间，大孔则大于50纳米。
不同直径的孔隙对气体的吸附性能具有重要影响。
此外，孔的体积、形状及连通性也是影响活性炭吸附性能的关键因素。
三、CO2和CH4的吸附特性CO2和CH4都是常见的气体分子，但它们的吸附特性有所不同。
CO2分子较小，具有较高的极化率，因此在活性炭上的吸附能力较强。
而CH4分子较大，极化率较低，吸附能力相对较弱。
因此，活性炭的孔结构对这两种气体的吸附分离性能具有显著影响。
四、活性炭孔结构对CO2和CH4吸附的影响1. 微孔对吸附的影响：微孔是活性炭中最重要的吸附位点，对于CO2的吸附尤为重要。
由于CO2分子较小，能够进入微孔内部，从而形成较强的物理吸附。
而CH4由于分子较大，进入微孔的难度较大，导致其在微孔中的吸附量较低。
因此，微孔的数量和分布对CO2的吸附性能具有重要影响。
2. 介孔和大孔对吸附的影响：介孔和大孔为气体分子提供了扩散通道，有利于提高气体在活性炭中的扩散速率。
此外，这些孔隙还能够为气体分子提供额外的吸附位点。
对于CO2和CH4而言，介孔和大孔有助于提高两种气体的总吸附量，尤其是在高压力下。
然而，介孔和大孔的比例和分布也会影响两种气体间的分离效果。
3. 孔结构对分离性能的影响：由于CO2和CH4的吸附特性差异，活性炭的孔结构对于两者的分离性能具有重要影响。
具有较多微孔的活性炭更有利于CO2的吸附，而介孔和大孔的适当比例则有助于提高两种气体间的分离效果。
孔道结构对多孔材料气体吸附性质影响的理论研究†曹风雷, 孙淮*上海交通大学化学化工学院，上海 200240*E-mail:huaisun@气体的吸附和分离是多孔材料一个重要的应用领域。
多孔材料可以形成不同拓扑结构的一维、二维或三维孔道。
除了多孔材料的化学组成外，孔道结构也对材料的吸附性质有很大的影响，主要体现在吸附动力学和自由体积方面。
传统基于GCMC方法的模拟计算忽略了吸附动力学的影响。
文献研究表明[1]，模拟计算高估GME类型ZIF材料的吸附曲线近一倍。
扣除ZIF-68材料中小孔道的吸附分子，实验的吸附曲线就能得到重现。
我们的研究表明，CO2分子不能到达小孔道是由分子在小孔道中的吸附动力学因素决定的,CO2分子进入小孔道的活化位垒达到了35 KJ/mol，从而堵塞了材料中的小孔道对气体分子的吸附。
多孔的活性炭孔材料，在工业生产中有着广泛的应用[2]。
活性炭是无定形的，由许多不同直径大小的孔道结构组成。
对这类材料吸附性质的模拟，我们可以通过计算不同孔道中气体分子的吸附势能面，通过热力学模拟计算出不同孔道的吸附量，然后根据活性炭材料的孔道尺寸分布曲线，拟合出活性炭材料的吸附曲线。
关键词：孔道结构；多孔材料；气体吸附；模拟计算参考文献[1] 13. Babarao, R.; Dai, S.; Jiang, D.-E. Effect of Pore Topology and Accessibility on Gas Adsorption Capacity in Zeolitic−Imidazolate Frameworks: Bringing Molecular Simulation Close to Experiment. J. Phys. Chem. C2011, 115: 8126-8135.[2] Ihm, Y.; Cooper, V. R.; Gallego, N. C.; Contescu, C. I.; Morris J. R. J. Chem. Theory Comput. 2014, 10, 1.†国家重点基础研究发展计划（973 计划）2014CB239702，国家自然科学基金（21073119，21173146），中国工程物理研究院，宝洁科技（北京）有限公司资助。
第32卷第2期2012年4月林产化学与工业Chemistry and Industry of Forest ProductsVol．32No．2Apr．2012木质颗粒活性炭的孔结构对丁烷吸附性能的影响研究收稿日期:2011－05－10基金项目:国家林业局林业公益性行业科研专项(201004051);“十一五”国家科技支撑计划资助(2009BADB1B03);中国林科院林业新技术所基本科研业务费专项资金(CAFINT2009K02)作者简介:刘晓敏(1987－)，女，山东临沂人，硕士生，主要研究方向为活性炭吸附;E-mail :lyliuxiaomin@126．com *通讯作者:邓先伦，研究员，硕士生导师，主要研究方向为活性炭研究与开发;E-mail :Dengxianlun －483@163．com。
LIU Xiao-min刘晓敏1，邓先伦1*，朱光真1，王国栋1，许玉1，2(1．中国林业科学研究院林产化学工业研究所;生物质化学利用国家工程实验室;国家林业局林产化学工程重点开放性实验室;江苏省生物质能源与材料重点实验室，江苏南京210042;2．中国林业科学研究院林业新技术研究所，北京100091)摘要:对5种不同工艺制备的杉木颗粒活性炭的丁烷活性、丁烷工作容量、丁烷持附性与孔结构之间的关系进行了研究。
结果表明:丁烷吸附性能与活性炭样品的比表面积、孔容积和孔径分布有着密切联系。
对丁烷活性起作用的孔主要集中在1．16 2．00nm ;对丁烷工作容量有显著影响的孔径介于2．0 4．0nm ;对丁烷持附性影响最大的孔分布在0．5 1．0nm 。
大孔对整个吸附过程没有什么显著影响，只是作为丁烷分子进入中孔、微孔的输送通道。
关键词:活性炭;孔结构;丁烷工作容量;吸附中图分类号:TQ35;TQ424文献标识码:A文章编号:0253－2417(2012)02－0140－05Effects of Pore Structure of Granular Activated Carbonon n -Butane AdsorptionLIU Xiao-min 1，DENG Xian-lun 1，ZHU Guang-zhen 1，WANG Guo-dong 1，XU Yu 1，2(Institute of Chemical Industry of Forest Products ，CAF ;National Engineering Lab．for Biomass Chemical Utilization ;Key and Open Lab．of Forest Chemical Engineering ，SFA ;Key Lab．of Biomass Energy and Material ，Jiangsu Province ，Nanjing 210042，China ;2．Institute of New Technology of forestry ，CAF ，Beijing 100091，China )Abstract :Five kinds of wood-based granular activated carbons obtained from different raw materials and technologies have been experimentally studied for n -butane adsorption．The results indicate that butane adsorption capacity of activated carbon is strongly influenced by the specific surface area ，pore volume and pore size distribution．It is the micropores between 1．16nanometer and 2．0nanometer that play the most important effect on adsorption．To obtain higher butane working capacity ，it is important to form the micropores with diameter between 1．2nanometer and 4nanometer and high pore volume．The butane retentivity is significant-ly effected by the pores between 0．5nanometer and 1．0nanometer．Besides ，as for macropore ，it plays unappreciable role in the adsorption value ，just acting transport for adsorbates．Key words :activated carbon ;pore structure ;the butane working capacity ;adsorption随着国民经济的快速发展和人类对环境保护的要求日益提高，近年来活性炭在工业三废治理过程中，尤其是在废气治理过程中起着越来越重要的作用。
活性炭的吸附性能主要取决于自身发达的孔隙结构和巨大的比表面积。
活性炭中的孔隙通常包括三类，即微孔、中孔和大孔。
在气相吸附中微孔、中孔起主要作用，大孔为吸附质进入微孔、中孔提供通道。
活性炭对丁烷的吸附可以反映活性炭的气相吸附性能的好坏，也是国际上表征活性炭气相吸附性能的主要指标。
研究活性炭的孔结构对丁烷吸附性能的影响是一项既有意义又有实用价值的工作。
本研究选取了5种不同工艺的木质颗粒活性炭，测试了其丁烷吸附性能和孔结构参数，着重阐述了活性炭的丁烷吸附和解吸性能与孔隙结构之间的关系。
第2期刘晓敏，等:木质颗粒活性炭的孔结构对丁烷吸附性能的影响研究1411材料与方法1．1试验材料的制备本实验共选取了5个样品屑，编号为1# 5#。
1#、2#、4#为实验室制备的活性炭，制备条件为:将质量分数为50%的磷酸溶液与粉碎后的杉木屑按1．8ʒ1(gʒg)的液固比混合均匀，在120ħ下进行塑化，当物料具有一定黏性时，取出捏合成型，将温度分别升为280、300、280ħ分别固化3、3、4h，然后将温度升为500ħ活化90min，然后取出骤冷至室温，用热水洗涤至中性，在150ħ下烘干即可。
5#样品制备工艺同以上3个样品，不同的是在300ħ下固化3h，然后在550ħ时活化90min。
3#为商用木质颗粒活性炭，由江西三达活性炭厂提供，其亚甲基蓝吸附值为150mL/g，碘吸附值为1263mg/g。
1．2主要仪器与设备Micromeritics ASAP2020高速比表面积和孔隙测试仪。
ZKYY桶式智能油浴，南京科尔仪器设备有限公司。
1．3试验方法丁烷工作容量(BWC)的测定参照美国标准ASTM D5228－92(2000)［1］，测定装置如图1所示。
比表面积、孔容、孔径分布采用Micromeritics ASAP2020高速比表面积和孔隙测试仪测定。
图1活性炭丁烷工作容量试验装置图Fig．1Butane Working Capacity Apparatus Schematic flowsheet1．4结果表征1．4．1活性炭孔结构的表征采用Micromeritics ASAP2020，在液氮温度77K下以高纯氮为吸附介质，在相对压力为10－8 1的宽范围内测定样品的N2吸附等温线，在测量之前所有的样品在300ħ下脱气处理3h。
根据得到的等温线，用BET方程计算得到活性炭的比表面积;根据相对压力P/P0=0．95时的氮气吸附量计算活性炭的总孔容;用Dubinin－Astakhov方程计算出微孔孔容;总孔容减去微孔体积即得中孔孔容［2］。
采用密度函数理论(DFT)分析吸附等温线计算得到样品的微孔孔径分布和中孔孔径分布。
1．4．2丁烷工作容量(BWC)的表征活性炭丁烷工作容量(BWC)的计算公式如(1)、(2)所示，V BWC =m3－m4m2－m1ˑρˑ1000(1)mBWC =m3－m4m2－m1ˑ100(2)142林产化学与工业第32卷式中:V BWC —活性炭丁烷体积工作容量，g /L ;m BWC —活性炭丁烷质量工作容量，%;ρ—活性炭试样的表观密度或装填密度，g /mL ;m 1—样品管连同塞子的质量，g ;m 2—吸附前样品管加炭和塞子的质量，g ;m 3—饱和吸附后样品管加炭、正丁烷及塞子的质量，g ;m 4—脱附后样品管加炭、未被脱附掉的正丁烷及塞子的质量，g 。
从式(1)中可以看出，活性炭的表观密度越大，BWC 值会越大;但是在式(2)中不存在表观密度的影响。
活性炭的表观密度越大，填装在固定体积的吸附装置中的活性炭越多，吸附的丁烷气体质量会越大，但是单位质量的活性炭所吸附的丁烷却不受表观密度的影响，表观密度仅对BWC 值产生影响，对实际的吸附过程没有影响［3］。
为了能更准确的表征BWC ，所以采用公式(2)，另外对丁烷活性、丁烷持附性的表征相类似。
2结果与讨论2．1氮气吸附等温线图2样品的氮气吸附等温线Fig．2Nitrogen adsorption isotherms of activa-ted carbons 图2为5个样品的氮气吸附等温线，从图中可以看出:不同样品具有不同的氮气吸附曲线，吸附曲线显示不同的孔结构特点。
依据IUPAC 的分类，5#的吸附等温线为Ⅰ型，此类等温线表示在微孔吸附剂上的吸附情况。
在相对压力比较小时，微孔填充作用使得吸附量急剧上升，随着相对压力的变大，吸附量增长趋于平缓。
当P /P 0→0．6时，吸附量达到一个极限值，吸附趋于平衡。
而1#、2#、3#、4#的吸附等温线为Ⅳ型，在相对压力比较小时，同样是微孔填充引起吸附量的急剧上升，吸附量随着相对压力的增大而继续增大，这表示了4个样品都具有较发达的中孔结构。
2．2样品的孔径分布样品的孔径分布见图3。
2．2．1微孔分布根据IUPAC 的分类，微孔的孔隙直径小于2nm 。
图3(a )为样品的微孔分布图，从图中可以看出，微孔分布被1．0nm 分成两个部分，微孔主要集中在1．0 2．0nm 内。
图3样品的孔径分布图Fig．3Distributions of pore size of samples5个样品在1．0 2．0nm 范围内均出现了最高峰，其中5#呈现双峰分布，其余样品均是单峰分布，孔径集中在1．2 1．6nm 内，在1．7nm 处都有一个极小值，但是1．7nm 以后的孔径分布图中仍有相当幅度的提升。
