活性炭改性研究进展
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活性炭改性方法及其在水处理中的应用一、本文概述活性炭,作为一种广泛应用的吸附剂,因其高比表面积、优良的吸附性能和化学稳定性,在水处理领域扮演着重要角色。
然而,原始的活性炭在某些特定应用场合下可能表现出吸附容量有限、选择性不高等不足,这就需要对活性炭进行改性,以提高其在水处理中的性能。
本文旨在探讨活性炭的改性方法,并分析改性活性炭在水处理中的应用及其效果。
我们将详细介绍活性炭的改性方法,包括物理改性、化学改性和生物改性等多种方法,并阐述其改性原理和效果。
接着,我们将通过案例分析,探讨改性活性炭在水处理中的实际应用,如去除重金属离子、有机物和色度等。
我们将对改性活性炭在水处理中的应用前景进行展望,以期为推动活性炭在水处理领域的应用和发展提供参考。
二、活性炭基础知识活性炭,作为一种多孔性的炭质材料,因其独特的物理和化学性质,被广泛应用于各种领域,尤其是水处理领域。
其基础知识的掌握对于理解活性炭的改性方法以及在水处理中的应用至关重要。
活性炭主要由碳、氢、氧、氮、硫和灰分组成,其中碳元素含量一般在80%以上。
活性炭的多孔结构赋予了其巨大的比表面积和优异的吸附性能。
活性炭的孔结构包括大孔、中孔和微孔,这些孔的存在使得活性炭能够吸附分子大小不同的各种物质。
活性炭的吸附性能主要取决于其表面化学性质和孔结构。
表面化学性质包括表面官能团的种类和数量,这些官能团可以影响活性炭与吸附质之间的相互作用力,从而影响吸附效果。
孔结构则决定了活性炭的吸附容量和吸附速率。
活性炭的制备方法多种多样,包括物理活化法、化学活化法和化学物理联合活化法等。
不同的制备方法可以得到不同性质的活性炭,从而满足不同应用场景的需求。
在水处理领域,活性炭主要用于去除水中的有机物、重金属离子、色度、异味等污染物。
其吸附过程包括物理吸附和化学吸附,通过这两种吸附方式的共同作用,活性炭可以有效地净化水质,提高水的饮用安全性。
活性炭的基础知识包括其组成、结构、性质、制备方法和应用等方面。
2014年 7月 July2014岩 矿 测 试 ROCKANDMINERALANALYSIS文章编号:0254 5357(2014)04 0528 07Vol.33,No.4 528~534改性活性炭的制备及其对金吸附性能的研究郭林中,韦瑞杰,王海潮,魏建录(河南省地质矿产勘查开发局第三地质矿产调查院,河南 信阳 464000)摘要:活性炭因具有良好的吸附性能而得到广泛应用,但其吸附能力有限。
本文采用氟化氢铵和不同浓度硝酸(0~80%硝酸)对活性炭进行表面改性处理,利用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱法(FT-IR)、BET氮吸附法、Boehm滴定法对改性前后活性炭进行了表征分析,并比较了改性前后的活性炭对 Au(Ⅲ)的吸附效果。
结果表明:随着硝酸浓度的增加,改性活性炭的灰分、平均比表面积、孔隙容量、吸附孔径均有不同程度的降低,发达的微孔结构受到影响,表面性能降低不利于增加其吸附容量;但表面含氧官能团羟基、羧基数量均明显增加,活性炭的极性、亲水性、催化性能、表面电荷和骨架电子密度发生改变,对金属离子的吸附选择性和吸附能力有所提高。
20%硝酸改性活性炭的平均比表面积、孔径容量、吸附孔径减小程度较低,酚羟基含量和含氧官能团总量分别却增加了 168.3%、109.1%;用于吸附 Au(Ⅲ)的回收率可达99.1%,较未改性的活性炭提高最大,金测定值的精密度好(相对标准偏差为 0.6% ~1.4%),准确度高。
表征分析表明,改性活性炭对金的吸附是表面物理吸附和官能团化学吸附并存的过程,而且官能团化学吸附起主要作用。
关键词:活性炭;改性;金;吸附性能中图分类号:O614.123文献标识码:A随着工业的迅速发展,黄金的需求量越来越大, 而金矿石的特性决定着在应用吸附工艺回收时,必 须使用吸附容量大和选择性好的吸附剂提高金的回 收率[1]。
分析 近 年 来 金 的 富 集 分 离 方 法 的 进 展 情 况可以看出,新 的 富 集 分 离 方 法 (如 泡 沫 塑 料 富 集 分离法、离子 交 换 纤 维 素 富 集 分 离 法 )虽 然 经 近 年 的开发和研究,在生产中得到了一定范围的应用,但 是由于传统的富集分离方法,尤其是活性炭提金方 法具有工艺流程简单、金回收率高、投资省、成本低 和占地面积小等优点,仍然在目前黄金分析测定中 发挥着重要作用 。
活性炭的表面改性及其研究摘要:活性炭表面的不饱和电子云和炭结构中存在的杂原子影响了其应用范围,为了满足应用要求,必须对其表面进行改性;介绍了活性炭表面改性的方法,包括对活性炭外观、形状的改变,采用碳沉积技术对孔结构的改变,针对不同应用条件对活性炭表面极性的改性等。
关键词:活性炭;表面改性;改形;极性基团Abstract: unsaturated electron cloud on the surface of the activated carbon and structure of the carbon hetero-atom affected its application scope, in order to meet the application requirements, must be on the surface modification; The method of the surface modification of activated carbon are introduced, including the appearance, the shape of the activated carbon change, using carbon deposition technology to the change of pore structure, according to different application conditions on the surface polarity of the modified activated carbon, etc.Key words: activated carbon; The surface modification; Change shape; Polar groups前言1【活性炭应用领域扩大对其性能提出了更新、更高的要求,在“高吸附、多功能、高强度”的总要求下,(减低活性炭的使用成本,扩大使用范围,提高利用效率的有效突进)【4,6】。
活性炭的再生及改性进展研究一、活性炭再生的意义活性炭再生的目的是为了恢复其吸附性能,延长使用寿命,减少生产成本,节约资源。
活性炭再生不仅可以减少对环境的污染,还可以实现资源的再利用,具有重要的经济和环境效益。
研究活性炭再生技术对于实现清洁生产和循环利用具有重要的现实意义。
二、活性炭再生的方法活性炭再生的方法主要包括物理法、化学法和生物法。
物理法是指采用高温脱附、压力变化等物理手段进行再生;化学法是指采用化学试剂对活性炭进行处理;生物法是指利用微生物对活性炭进行再生。
物理法和化学法是目前应用较为广泛的再生方法。
1. 物理法物理法的再生方法包括高温脱附、换热再生和压力变化等。
高温脱附是指将饱和吸附剂在高温下进行加热,通过升高温度来驱除吸附在活性炭孔隙中的物质,达到再生目的。
换热再生是指利用其他热载体通过热交换的方式来对活性炭进行再生。
而压力变化则是通过改变活性炭所处环境的压力来实现对活性炭的再生。
2. 化学法化学法的再生方法主要包括氧化法、还原法和酸碱法等。
氧化法是指将活性炭暴露在氧化剂中,使其与被吸附的物质发生氧化反应,从而达到再生的目的。
还原法则是指将氧化的活性炭暴露在还原剂中,还原被氧化的活性炭。
酸碱法是指利用酸碱溶液对活性炭进行处理,使活性炭脱附被吸附的物质。
三、活性炭改性的意义活性炭改性的目的是为了提高其吸附性能,扩大其应用领域,增加其使用寿命。
通过对活性炭进行改性处理,可以使其在医药、食品、环保等领域发挥更大的作用。
研究活性炭改性技术对于提高活性炭的使用性能具有重要的意义。
四、活性炭改性的方法活性炭改性的方法主要包括物理改性、化学改性和复合改性。
物理改性是指通过改变活性炭的外部形貌和孔结构来提高其吸附性能。
化学改性是指利用化学方法改变活性炭的表面性质和化学成分,以提高其吸附性能。
复合改性则是指通过将活性炭与其他吸附材料或催化剂进行复合,以提高其吸附性能。
2. 化学改性化学改性的方法主要包括氧化改性、硫化改性和氮掺杂改性等。
活性炭的再生及改性进展研究活性炭是一种具有丰富表面积和孔隙结构的多孔性材料,具有很强的吸附性能,因此在各种领域得到了广泛的应用,如环境保护、水处理、医药和食品工业等。
活性炭在使用过程中会受到污染和饱和,导致吸附性能下降,因此需要进行再生或改性以保持其吸附性能。
本文将针对活性炭的再生及改性进展进行研究综述,以期为相关领域的研究和应用提供参考。
一、活性炭的再生方法活性炭的再生主要是指将已被使用过的活性炭通过一系列物理或化学方法进行处理,使其重新获得较好的吸附性能,延长其使用寿命。
目前常用的再生方法主要包括热再生、气相再生、溶剂再生和微生物再生等。
1. 热再生热再生是指将已饱和吸附物的活性炭放置在高温下,通过热解或氧化的方式将吸附在活性炭表面的物质热解或氧化脱附出来,从而实现活性炭的再生。
热再生的温度、时间和气氛条件对再生效果起着决定性的作用。
研究表明,热再生可以有效地去除活性炭上的有机物,但对于一些无机物质的再生效果不佳。
气相再生是指通过将已饱和吸附物的活性炭暴露在气体流中,利用气相传质的方式来将吸附在活性炭表面的物质逐渐脱附出来,从而实现再生。
气相再生常用的气体有空气、蒸汽、氮气等。
气相再生的优点是操作简便、无二次污染,但对于一些难挥发物质的再生效果较差。
溶剂再生是指将已饱和吸附物的活性炭放置在适当的溶剂中进行浸泡或洗涤,以溶解固定在活性炭表面的污染物质,实现再生。
溶剂再生通常采用的溶剂有醇类、酮类、醚类等。
溶剂再生的优点是能够有效去除一些难以在热处理或气相传质条件下脱附的污染物质,但对于一些高温不稳定的污染物质不适用。
4. 微生物再生微生物再生是指将已饱和吸附物的活性炭暴露在一定的微生物作用条件下,利用微生物对吸附物质进行降解或转化,从而实现再生。
微生物再生的优点是操作简单、无二次污染,但对于一些难以降解的有机物或无机物质效果不佳。
活性炭的改性是指通过物理或化学手段对活性炭进行处理,改变其表面性质和孔隙结构,以增强其吸附性能或赋予其特定的功能。
生物炭吸附有机污染物的研究进展一、本文概述随着工业化和城市化的快速发展,有机污染物的排放问题日益严重,给生态环境和人类健康带来了巨大威胁。
生物炭作为一种具有多孔性、高比表面积和良好吸附性能的材料,近年来在有机污染物吸附领域受到了广泛关注。
本文旨在全面综述生物炭吸附有机污染物的最新研究进展,分析生物炭的制备方法、改性技术及其在吸附有机污染物方面的应用效果,探讨生物炭吸附有机污染物的机理和影响因素,以期为生物炭在环境污染治理中的实际应用提供理论支持和技术指导。
本文首先介绍了生物炭的基本概念、制备方法和改性技术,包括热解、气化、水热碳化等制备方法以及物理、化学和生物改性技术。
随后,重点综述了生物炭在吸附有机污染物方面的应用效果,包括吸附容量、吸附速率、吸附选择性等方面的研究进展。
本文还深入探讨了生物炭吸附有机污染物的机理,包括吸附平衡、吸附动力学、吸附热力学等方面,分析了影响生物炭吸附性能的因素,如生物炭的性质、有机污染物的性质、环境条件等。
本文总结了生物炭吸附有机污染物的优势和局限性,展望了生物炭在环境污染治理领域的发展前景,提出了未来研究的方向和建议。
通过本文的综述,旨在为相关领域的研究人员和技术人员提供有价值的参考和借鉴,推动生物炭在有机污染物吸附领域的研究和应用。
二、生物炭的制备方法与表征生物炭的制备方法多种多样,主要包括热解、气化、水热炭化等。
其中,热解法因其操作简单、炭化效率高等优点而被广泛应用。
热解过程中,生物质在缺氧或无氧环境下经过加热,发生一系列复杂的物理化学变化,如挥发分的释放、焦油的生成和聚合、以及炭的缩聚等,最终生成生物炭。
生物质来源的多样性导致了生物炭性质的差异,因此,选择合适的生物质原料对生物炭的性能至关重要。
生物炭的表征主要包括物理性质、化学性质和表面结构等方面。
物理性质如比表面积、孔结构、粒径分布等,这些性质直接影响生物炭的吸附性能。
化学性质如元素组成、表面官能团、灰分含量等,这些性质决定了生物炭的化学稳定性和反应活性。
活性炭吸附法净化丙酮和二氧化硫的研究一、本文概述随着工业化的快速发展,环境污染问题日益严重,尤其是有机污染物和硫氧化物的排放对大气质量和生态环境造成了严重影响。
活性炭作为一种高效、环保的吸附剂,在空气净化领域得到了广泛应用。
本文旨在研究活性炭吸附法净化丙酮和二氧化硫的效果及其机理,为环境保护和空气净化技术的发展提供理论支持和实践指导。
本文首先介绍了丙酮和二氧化硫的来源、危害及现有的净化技术,重点阐述了活性炭吸附法的优势和应用现状。
随后,通过实验研究了活性炭对丙酮和二氧化硫的吸附性能,包括吸附速率、吸附容量和吸附机理等方面。
本文还探讨了活性炭的改性方法以及改性后活性炭对丙酮和二氧化硫的吸附性能变化。
本文总结了活性炭吸附法净化丙酮和二氧化硫的研究成果,指出了目前存在的问题和未来的研究方向。
本文的研究不仅有助于深入了解活性炭吸附法净化丙酮和二氧化硫的机理和效果,还为活性炭在空气净化领域的应用提供了理论依据和实践指导。
本文的研究成果对于推动环境保护和空气净化技术的发展具有重要意义。
二、活性炭吸附法净化丙酮和二氧化硫的实验研究活性炭作为一种多孔性炭质材料,具有高的比表面积和良好的吸附性能,因此被广泛应用于气体和液体的净化过程中。
本研究旨在通过实验,探究活性炭对丙酮和二氧化硫的吸附性能及其影响因素,从而为活性炭在实际净化过程中的应用提供理论依据。
本实验选用了几种不同类型的活性炭,包括椰壳活性炭、煤质活性炭和木质活性炭,它们具有不同的孔径分布和表面化学性质。
实验采用静态吸附法,将活性炭置于密闭的容器中,分别通入含有丙酮和二氧化硫的气体,通过测定不同时间点的气体浓度变化,研究活性炭对这两种气体的吸附动力学和平衡吸附容量。
吸附动力学研究:实验结果表明,活性炭对丙酮和二氧化硫的吸附过程均符合Langmuir吸附动力学模型。
在吸附初期,活性炭表面有大量的吸附位点,吸附速率较快;随着吸附的进行,吸附位点逐渐减少,吸附速率逐渐降低,直至达到吸附平衡。
Vol.53 No.4Apr.,2021第53卷第4期2021年4月无机盐工业INORGANIC CHEMICALS INDUSTRYDoi:10.11962/1006-4990.2020-0318开放科学(资源服务)标志识码(OSID)改性球形活性炭对氨气吸附性能的研究金青青袁梁晓烽,张佳楠,周晓龙(华东理工大学化工学院,上海200237)摘 要:研究了不同金属盐溶液浸渍改性的球形活性炭对氨气的吸附性能以及同种浸渍剂的最佳浸渍比。
采用 扫描电镜、透射电镜、X 射线衍射仪、康塔吸附仪探究了不同浸渍比对浸渍炭样品的表面形貌、物相结构及孔径分布的影响。
通过固定床吸附装置对基炭和浸渍炭进行了氨气吸附性能的研究。
结果表明:浸渍剂种类对氨气吸附效果 有很大影响,同等浸渍条件下,氯化钻浸渍的活性炭具有最优氨气吸附效果,氯化钻浸渍比为50%的样品对氨气的吸附量最高,可达54.05 mg/mL ,为基炭的37倍。
对吸附氨气后样品的物化性质进行分析以及程序升温脱附表征,结 果表明氯化钻与氨气反应生成了 [Co (NH 3)6]Cl 3。
关键词:球形活性炭;氯化钻;浸渍炭;氨气;吸附性能中图分类号:0647.32 文献标识码:A 文章编号:1006-4990(2021)04-0061-06Study on adsorption performance of modified spherical activated carbon for ammoniaJin Qingqing ,Liang Xiaoyi 袁Zhang Jia'nan ,Zhou Xiaolong(School of Chemical Engineering , East China University of S cience and Technology , Shanghai 200237, China)Abstract : The adsorption performance of spherical activated carbon impregnated with different metal salt solutions for ammonia and the optimal ratio of the same impregnant were studied.The influence of different impregnation ratio on the surface morpho-logy ,phase structure and pore size distribution on impregnated carbon samples were investigated by scanning electron micro scopy , transmission electron microscopy , X-ray diffraction and Quanta adsorption instrument.The adsorption performance of the unmodified carbon and impregnated carbon for ammonia was studied by the fixed bed adsorption device.The results showedthat the type of impregnant had a great influence on the adsorption performance of ammonia.Under the same impregnation conditions , the activated carbon impregnated with cobalt chloride had the best adsorption performance for ammonia.The samplewith 50% impregnation ratio of cobalt chloride had the highest ammonia adsorption capacity up to 54.05 mg/mL , which was 37 times of the unmodified carbon.The physicochemical properties and temperature programmed desorption characteristics ofthe samples after ammonia adsorption were analyzed.The results showed that[Co(NH 3)6]Cl 3 was formed by the reaction of co balt chloride with ammonia.Key words : spherical activated carbon ; cobalt chloride ; impregnated carbon ; ammonia ; adsorption capacity氨气渊NH 3 )是一种有毒的碱性气体,对人类健 康和环境均造成严重危害[1]。
PbSO4改性活性炭析氢行为的研究高云芳;姚秋实;徐新;吴翠;茆志友【摘要】以Pb(NO3)2为铅源,采用浸渍沉淀法制备了PbSO4改性活性炭材料(PbSO4/AC),并进行了XRD,SEM,EDS表征.结果表明:活性炭表面均匀分布着50~100 nm的PbSO4晶粒,随着Pb(NO3)2浓度的增加,PbSO4晶粒的数量和尺寸也增加.采用稳态极化法研究了PbSO4/AC的析氢行为,计算了相应的动力学参数.结果表明:与活性炭空白电极相比,在相同电流密度下,PbSO4/AC电极的析氢过电位获得较明显提高.析氢速率随着Pb (NO3)2浓度的增加而减小,当Pb(NO3)2浓度大于0.5 mol/L时,析氢速率变化不大.活性炭经PbSO4改性后,析氢反应的塔菲尔方程中a值的增加幅度达20%~30%,交换电流密度i0降低1~2个数量级.【期刊名称】《浙江工业大学学报》【年(卷),期】2015(043)004【总页数】4页(P360-363)【关键词】PbSO4;活性炭;稳态;析氢;动力学参数【作者】高云芳;姚秋实;徐新;吴翠;茆志友【作者单位】浙江工业大学化学工程学院,浙江杭州 310014;浙江工业大学化学工程学院,浙江杭州 310014;浙江工业大学化学工程学院,浙江杭州 310014;浙江工业大学化学工程学院,浙江杭州 310014;浙江工业大学化学工程学院,浙江杭州310014【正文语种】中文【中图分类】O64近年来,化石燃料的急剧消耗和全球气候恶化迫切需要开发可持续再生的新能源和储能装置.碳材料在新型储能材料中的应用引起了广大学者的研究 [1-3].多种炭材料,如活性炭、碳纳米管、乙炔黑和石墨等都被添加到铅蓄电池中,旨在改善负极大电流放电、深放电条件下的性能,抑制不可逆硫酸盐化[4-7].然而,炭材料的加入也带来了一定的负面效应,在电池充电末期,负极易析出大量氢气,造成电池失水,进而导致电池失效[8-9].为了减少析氢副反应的发生,一些学者对炭材料进行了改性.Zhao Li等[10-11]在研究铅蓄电池负极用活性炭添加剂时,提出在活性炭中添加In2O3,Ga2O3,Bi2O3来提高析氢过电位,降低析氢反应速率,但其发现In2O3,Ga2O3添加过多有负催化效应.高云芳等[12]提出构建nano-Pb(PbO)/AC复合材料来抑制析氢行为,其研究发现该复合材料电极在-1.4 V极化条件下对应的析氢电流密度为2.8 mA/cm2,比未改性AC电极下降了76%.Hong Bo等[9]采用纳米PbSO4铅改性活性炭制得的复合材料,在-1.36 V 下,阴极电流密度为8.07 mA/cm2,比AC电极下降84%.由上可知:通过活性炭负载Pb的改性措施是一种有效抑制析氢的技术路线.但目前对Pb改性活性炭材料的析氢反应动力学行为及动力学参数的测定并未开展深入的研究.为了给Pb改性活性炭材料的应用提供理论基础,针对其在硫酸水溶液中的析氢反应动力学的研究具有重要意义.1.1 材料制备2 g活性炭搅拌、超声分散在100 mL Pb(NO3)2(0.1 mol/L,0.5 mol/L,1.0 mol/L)溶液中,抽滤后,再将固体搅拌、超声分散于100 mL 一定浓度的H2SO4溶液中,经抽滤、洗涤、烘干获得PbSO4/AC改性材料,分别标记PbSO4/AC-0.1,PbSO4/AC-0.5,PbSO4/AC-1.0.活性炭和纯铅作对照.活性炭购于阿拉丁,粒度200目,比表面积500~1 000 m2/g.1.2 材料表征采用日本Hitachi公司X-射线衍射光谱仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱(EDS)分别进行材料的物相表征和微观表面形貌、成份分析.1.3 电极制备按m(炭材料)∶m(乙炔黑)∶m(PVDF)=8∶1∶1混合,N-甲基吡咯烷酮作溶剂,将浆料涂布于2 cm2的钛片上,110 ℃烘干,待用.1.4 电化学测试采用三电极体系,在1.28 g/mL H2SO4溶液中进行线性扫描,扫速为1 mV/s.铂片为辅助电极,Hg/Hg2SO4为参比电极.文中除特别说明外,所有电位均相对于Hg/Hg2SO4电极.2.1 PbSO4/AC物相组成分析图1是PbSO4/AC复合材料XRD图.由图1可见:PbSO4/AC-0.1,PbSO4/AC-0.5,PbSO4/AC-1.0 XRD谱图与PbSO4标准卡片(83-1720)一致.证明上述三个试样均负载了PbSO4晶体,且物相较纯.2.2 PbSO4/AC微观形貌和能谱分析图2为PbSO4/AC-0.1,PbSO4/AC-0.5,PbSO4/AC-1.0样品的SEM照片和EDS图.由图2可见:PbSO4/AC-0.1表面的PbSO4颗粒很少,而PbSO4/AC-0.5,PbSO4/AC-1.0表面均匀分布有50~100 nm的PbSO4颗粒.随着溶液中Pb(NO3)2浓度的增加,不仅PbSO4颗粒的数量增加,而且颗粒的尺寸也逐渐增加.其原因分析如下:随着Pb(NO3)2浓度的增加,活性炭介孔中吸附的Pb2+量增加,加入H2SO4后形成的PbSO4晶核数量增加.据硫酸铅晶粒形成的溶解-结晶理论[13],较小晶核会溶解,然后沉积在较大晶核上,晶核不断长大.晶核数量越多,发生溶解再结晶的数量也越多.因此,Pb(NO3)2浓度增加,PbSO4晶体数量越多,尺寸越大.能谱分析PbSO4/AC-0.1,PbSO4/AC-0.5,PbSO4/AC-1.0中的Pb质量分数分别为5.07%,10.33%,15.36%.随着Pb(NO3)2浓度的增加,活性炭中Pb含量也增加.与SEM观察到的结果一致.2.3 PbSO4改性活性炭析氢行为图3为PbSO4/AC,AC和Pb电极在1 mV/s的线性电位扫描伏安曲线.由图3可见:活性炭的析氢电位大约在-1.01 V左右,PbSO4改性后的活性炭析氢电位在-1.16 V左右.改性后的活性炭析氢电位提高了约150 mV.在-1.35 V时,AC,PbSO4/AC-0.1,PbSO4/AC-0.5,PbSO4/AC-1.0,Pb的析氢电流密度分别约为29,5.2,3.6,3.6,0.5 mA/cm2.PbSO4改性后的活性炭抑制析氢效果显著,比空白活性炭降低了82%~87%.随着溶液中Pb(NO3)2浓度增加,析氢电流密度减小;当Pb(NO3)2浓度大于0.5 mol/L,PbSO4/AC复合材料的析氢电流密度几乎不再变化.由SEM分析可知:PbSO4/AC-0.5,PbSO4/AC-1.0表面有大量的PbSO4,但抑制析氢效果变化不大.在PbSO4/AC-0.1中,活性炭颗粒表面的PbSO4晶粒较少,抑制析氢效果明显.综上可以推测:在介孔或微孔中的PbSO4发挥着主要的抑制析氢的作用.2.4 PbSO4/AC的析氢动力学参数测定根据电化学原理[14],当电极处于电化学极化控制时,电极反应的速率遵循Bulter-Volmer方程:式中: i为电流密度,A/m2;i0为交换电流密度,A/m2;η为过电位,V;α,β为传递系数,α+β=1;Z为电极反应电荷数;T为温度,K;R为气体常数,R=8.314 J/(mol·K);F为法拉第常数,F=96 485 C/mol.当电极处于弱极化区时,方程式(1)可简化为当电极处于强极化区时,方程式(1)可简化为式中;;由图3可见:对于PbSO4/AC和Pb电极来说,当极化电位正于-1.4 V时,其阴极电流属于混合电流,包括析氢反应电流及硫酸铅还原为铅的电流而相对于AC电极来说,其混合电流区正于-1.1 V,混合电流中包含析氢电流及非Faraday的双电层电流.因此,选择上述电位以负的区域进行电位与电流密度的半对数响应分析,结果见图4.氢离子电还原为氢原子的过程是单电子转移步骤,经线性拟合和计算获得的动力学参数列于表1.a值为1 A/cm2电流密度下的析氢过电位,其反映了析氢反应的难易程度,a值越大,析氢反应越难进行.由表1可知:PbSO4改性活性炭的a值比未改性活性炭的值增加了20%~30%,且随着改性液中铅离子浓度的增加而增大.证明活性炭经PbSO4改性后获得了更高的析氢过电位.类似地,PbSO4改性活性炭对应的交换电流密度i0值明显低于未改性活性炭,证明对活性炭材料进行负载PbSO4处理达到了良好的抑制析氢的效果.以Pb(NO3)2为铅源,采用浸渍沉淀法制备了PbSO4改性活性炭复合材料.活性炭表面均匀分布着50~100 nm的PbSO4晶粒,PbSO4晶体的数量和尺寸随着Pb(NO3)2浓度的增加而增加.与活性炭相比,PbSO4/AC复合材料提高了析氢过电位,降低了析氢电流密度.随着浸渍液中Pb(NO3)2浓度增加,析氢电流密度减小;当浸渍液中Pb(NO3)2浓度大于0.5 mol/L时,析氢反应的电流密度变化不大.这与PbSO4在活性炭中的分布有关,推测主要是活性炭介孔和微孔中的PbSO4发挥着抑制析氢的作用.活性炭经PbSO4改性后,塔菲尔方程中的a值增加20% ~30%,i0减小了1~2个数量级.【相关文献】[1] 钱晓峰,褚有群,李照华,等.MnOx/CNT的制备及其对氧还原反应的电催化性能研究[J].浙江工业大学学报,2012,40(4):365-368.[2] 张浩,曹高萍,杨裕生.炭材料在铅酸电池中的应用[J].电源技术,2010,34(7):729-733.[3] 王连邦,李晟,张品杰,等.低成本动力锂离子电池磷酸铁锂正极材料的合成及性能[J].浙江工业大学学报,2012,40(4):355-360.[4] SWOGGER S W, EVERILL P, DUBEY D P, et al.Discrete carbon nanotubes increase lead acid battery charge acceptance and performance[J]. 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改性活性炭纤维吸附室内甲醛的研究进展吕韶利巴达日夫辛锐张雁明(河套学院内蒙古巴彦淖尔015000)摘要:甲醛是室内装修材料中主要的空气污染物之一,会严重危害人体的身心健康和生命安全"因此,研究有效合理地去除室内甲醛显得尤为重要"文章介绍了活性炭纤维的物理结构和化学性能以及其对甲醛吸附机理研究"重点讲述了国内外不同改性活性炭纤维在吸附室内甲醛的研究方法,包括活性炭纤维氧化改性、负载光催化剂改性、负载金属离子改性、负载离子化合物改性、低温等离子体改性的方法"最后,对活性炭纤维净化空气甲醛技术进行了展望"关键词:改性活性炭纤维;吸附;甲醛引言随着社会的发展,科技的进步,更多的人开始重视室内装修"然而在室内装修的过程中,各种家居装饰材料会释放出多种挥发性的有机化合物,造成严重的室内空气污染"在室内空气多种挥发性有机化合物污染物中,甲醛是常见的一类污染物"甲醛又名蚁醛,是一种气体或液体,无色且带有刺激性气味,易溶于水、丙酮等溶剂气通常40%的甲醛水溶液可以用于防腐和杀菌叫人们若是长期接触毒性特别强的甲醛,会产生记忆力下降、身体发热无力、呼吸不均等一系列反应%因此,去除室内甲醛污染就显得尤为重要,在现阶段主要采用植物吸附、开窗通风、氧化改性、光催化剂、微生物降解法、低温等离子体法等手段进行去除,并且应用于实际的生活中"其中使用活性炭和活性炭纤维吸附甲醛的方法应用广泛,效果明显"活性炭和活性炭纤维与其他吸附剂相比较,具有超大的比表面积、发达的微孔结构、较好的吸脱性能、可重复利用等优点"因此,本文简略介绍最新改性活性炭纤维净化空气中甲醛的研究进展"活性炭纤维(ACF)是由多种原料纤维经过预氧化、高温炭化、活化造,是第三代新型的多功能活性炭吸附剂!与传统的纤维活性炭有本质上的不同叫ACF具有超大的比表面积(达1000-2/g)、发达的微孔结构(孔径约在4n-左右,占全孔体积的90%以上)、较好的吸脱性能(是粒状活性炭的10-100倍)等优点,是容易再生和可重复利用的一种新型环保炭纤维吸附剂"虽然ACF具有以上多种优点,但是其表面多为径向微孔,吸附阻力大,吸附在ACF表面上的吸附质容易脱落"研究学者亟为了增大吸附质的穿透容量,扩大ACF的应用前景,对ACF进行了多方面的改性,使ACF的改性问题成为了热点"下面就用几个有代表性的改性ACF方法去除空气中的甲醛加以举例论述0 1氧化改性不同种类的ACF,其表面微孔结构、表面积大小、活性官能团的种类和数量都不尽相同,因此对甲醛的吸附效果也不一样嘔ACF含有大量的碳元素以及少量的氧、氮等元素,通过氧化改性ACF,碳元素含量减少,氧、氮元素含量增加,改变其表面的酸、碱官能团数量,进而增强ACF吸附甲醛的性能"氧化改性就是利用浓硝酸、过氧化氢、次氯酸钠等强氧化剂氧化改性ACF,增加ACF表面的官能团数量,极性增强,增强了ACF的甲醛穿透容量,从而增强ACF对甲醛的吸附性能°姚炜屹等$2]用硝酸、过氧化氢、空气对R-ACF、PAN-ACF、P-ACF这三种活性炭纤维进行氧化改性"结果表明,氧化改性后的ACF表面含氧官能团增多,甲醛穿透容量也增大(浓硝酸〉空气〉过氧化氢),这对改性ACF 吸附甲醛的效果有很大的提升"经过进一步研究发现,改性ACF 的碱性含氧官能团减少,而酸性含氧官能团增加,导致改性ACF 极性增强0而甲醛是极性分子,根据相似相容原理,改性ACF对甲醛的吸附能力增强02负载光催化剂改性光催化降解法是利用紫外光、可见光照射光催化剂,当光催化剂吸收光能后,价带上的电子受到激发得到能量迁移到导带上,导带因得到电子带负电,价带因失去电子带正电变为空穴,由此产生的电子-空穴对转移到光催化剂表面,增强了光催化剂的活性,有利于甲醛的吸附"吸附在光催化剂表面上的小分子甲醛被具有强氧化性的-OH自由基氧化生成二氧化碳、水和其他的无机小分子,从而达到降解甲醛的效果叫饶俊元等【可就利用TiO(的光催化性能,用尿素作为N源!在400-700"下高温锻烧TiO(制得N-Ti02o然后将500"下制得的N-TiO(分别负载在AC 和ACF上吸附空气中的甲醛,发现以N-Ti0(/ACF对甲醛的降解效果更好03负载金属离子改性将过渡金属(C^+'C^'Ni z+'Ag+'Pt2?等)通过浸渍法负载在ACF上,利用ACF超大的比面积和超强的吸附性能,增强改性ACF的催化氧化功能,从而增强改性ACF对甲醛的吸附性能$9]"朱舜等$9]利用浸渍法,将ACF浸渍在H(PtC16溶液中,再利用硼氢化钠还原法最终将Pt负载在ACF上,制备了Pt/ACF"结果发现,在通入充足氧气条件下,Pt/ACF对空气中甲醛的吸附率高达96.5%,当温度上升到50"时,Pt/ACF对空气中甲醛的吸附率也能高达96.5%0而且Pt/ACF还具有很好的重复使用性能,循环使用5次后,对甲醛的吸附率仍然能达到80%以上,是一种新型绿色环保吸附剂"黄嘉禄等$10]用超声波法将Cu2?负载在ACF表面上"结果发现,负载Cu2?的ACF表面有微小颗粒,表面粗糙,比面积变大0Cu/ACF对甲醛的吸附率高达78.75%,吸附效果较好"1124负载离子化合物改性ACF表面多孔,且为非极性,对含有极性基团/基的极性物质(如:甲醛等)的吸附能力较弱%因此,赵亚娟等冋就将无机F盐负载在ACF,通过化学和物理的共同作用,提高非极性ACF对极性甲醛的吸附率%结果表明,低浓度的F盐浸渍ACF后,其对甲醛的吸附效果更好%这是因为F盐是离子化合物,在低温加热处理的条件下,ACF经低浓度F盐浸渍后,F盐富集在ACF表面上,提高了ACF表面的极性%而高浓度F盐浸渍ACF后,富集在ACF表面的F盐堵塞了其表面的部分微孔,减小了其表面积和孔容,不利于对甲醛的吸附%因此,低浓度F盐浸渍ACF后,其在ACF表面分布更均匀,更有利于吸附甲醛%5低温等离子体改性等离子体是活性粒子的聚集体,当等离子体中只有电子温度达到105K时,称为低温等离子体,当电子以及其他粒子温度达到105K时,称为高温等离子体卩*]%低温等离子体中的激发态电子、原子、自由基等与污染物发生碰撞,引发一系列的物化反应,再协同ACF,对空气中甲醛的去除有很好的效果冋%季银炼等网利用低温等离子体协同ACF去除空气中的甲醛,结果说明,单独使用ACF去除甲醛,甲醛浓度随着时间的增加逐渐降低,最后趋于稳定%低温等离子体协同ACF去除甲醛,甲醛浓度随着时间的增加急剧下降,而且一直处于降低的趋势,去除率比ACF提高了30%%因为ACF虽有超大的比表面积和发达的微孔结构,但是其吸附甲醛会达到一个饱和状态,空气中的甲醛浓度不会一直下降%而ACF与低温等离子体协同后,因低温等离子体中含有大量的强氧化性的自由基,这些自由基可以一直氧化降解吸附在ACF表面上的甲醛,从而使空气中的甲醛浓度处于持续下降的状态%结语ACF作为吸附剂,具有发达的微孔结构,超大的比表面积、吸脱速率快等显著优点,在去除空气有害气体方面有很好的前景%但是由于ACF表面的微孔数量、大小、比表面积大小等有限,吸附甲醛会达到一个饱和状态%因此,为了有效提高ACF在吸附空气污染物方面的效果,促进ACF的创新使用,国内外学者就改进ACF制备方法、不同类型ACF选择、改性技术等方面展开研究%本文重点论述了ACF氧化改性、负载光催化剂、负载金属离子、负载离子化合物、低温等离子体改性的方法,研究发现这些改性方法净化效果良好,具有一定的应用前景%但是针对降低ACF的生产成本,并将其运用到实际生活中将是今后国内外学者研究的重点和难点%参考文献[1]陈莉,徐国聪,荆佩欣,等•改性萬笋叶渣净化空气中甲醛[J]•环境工程学报,2015(06):413-418.[2]姚炜屹.王际童.乔文明.等.活性炭纤维孔结构和表面含氧官能团对甲醛吸附性能的影响[J].华东理工大学学报:自然科学版.2019(5):697-703.⑶刘宝成.赵晓明.活性炭吸附去除室内甲醛的研究进展[J].成都纺织高等专科学校学报,2017,34(001):224-229.[4]Niwa,Ko>ayashim,Hori>aE,et al.X-ray photoemission spectroscopy analysis of N-containing carbon-based cathode catalysts for polymer electrolyte fuel cells[J].Journal of Sources,2011,196(3): 1006-1011.[5]罗瑞,陈旺,张进,等.碱处理和掺氮耦合改性对活性炭纤维吸附甲醛性能的影响[J].环境工程学报,2018,012(010):2791-2796.[6]Ronghq,Ryuzy,Zheng JT,et al.Influence of heat treatment of rayon-based activated carbon fibers on the adsorption of formaldehyde [J].Journal of Colloid and Inter face Science,2003,261(2):207-212.[7]Tsuyoshi Ochiai,Akira Fujishima.Photoelectrochemical propertiesof TiO2photocatalyst and its applications for environmental purifi-cation卩[.Journal of Photochemistry&Photobiology,C:Photochemistry Revie;s,2012,13(4):247-262.[8]饶俊元,刘建,黄弦,等.活性炭纤维负载氮掺杂纳米二氧化钛可见光催化降解甲醛气体[J].广东化工,2019,46(14):48-50.[9]朱舜,姚玉元,林启松,俞晨玲,吕汪洋,陈文兴.活性炭纤维负载金属钳的制备及催化氧化甲醛[J].纺织学报,2014,35(2):1-5.[10]黄嘉禄,徐朝露,李声鹏,等.铜改性活性炭纤维吸附甲醛实验研究[J].四川环境,2018,37(1):30-34.[11]赵亚娟,陈睿,刘阳生,等.负载无机F盐改性活性炭纤维对甲醛去除能力的影响[J].环境科学学报,2010,303):572-577.[12]Ashford B,Xin T.Non-thermal plasma technology for the conversion of CO2[J].Current Opinion in Green&Sustainable Chem-istry,2017,3(2):45-49.[13]Ren J Y,Wang T C,Qu G Z,et al.Evaluation and optimization ofelectrode configuration of multichannel corona discharge plasma fordye-containing wastewater treatment卩].Plasma Science&Technolo-gy,2015,17(12):1053-1060.[14]季银炼,顾中铸.低温等离子体协同ACF去除卷烟烟气中甲醛的实验研究[J].能源与环境,2017,(4):19-20.作者简介吕韶利(1990.1-),女,山西,硕士研究生,助教,研究方向:环境理%基金项目河套学院自然科学青年研究项目《改性甜菜茎叶对室内甲醛吸附的影响》,项目编号:HYZQ201946%113。
Pt纳米颗粒改性活性炭的制备及其应用研究罗丹;季凯;张建朋;陈苏锋;冯云波;邓季明【摘要】为了进一步增强活性炭的吸附性能,通过在活性炭表面负载Pt纳米颗粒催化剂来提高活性炭的催化能力.采用扫描电镜、透射电镜、XRD对改性前后活性炭进行了表征,同时分别将未经过改性的活性炭(AC)和经过Pt纳米颗粒改性后的活性炭(PtNPs∕AC)制备成过滤器,将过滤器安装于空气净化机内,置于30 m3标准环境试验舱研究其在1 h测试周期内对二手烟中总挥发性有机物(TVOC)的吸附性能.结果表明,AC过滤器1 h对二手烟中TVOC的去除率为72.05%,PtNPs∕AC过滤器的去除率为95.63%.由此可见,负载Pt催化剂大大提高了活性炭的吸附性能.【期刊名称】《环境工程技术学报》【年(卷),期】2018(008)001【总页数】5页(P23-27)【关键词】活性炭;Pt;吸附;TVOC【作者】罗丹;季凯;张建朋;陈苏锋;冯云波;邓季明【作者单位】江苏创云环保科技有限公司,江苏常州 213149;江苏创云环保科技有限公司,江苏常州 213149;江苏创云环保科技有限公司,江苏常州 213149;江苏创云环保科技有限公司,江苏常州 213149;江苏创云环保科技有限公司,江苏常州213149;江苏创云环保科技有限公司,江苏常州 213149【正文语种】中文【中图分类】X51在所有的吸烟危害中,二手烟的污染尤其严重。
研究表明,二手烟暴露可导致癌症、鼻部刺激症状、冠心病和呼吸系统疾病等[1]。
二手烟气中含有4 000多种有害物质,其中40多种有害物质与癌症有关,包括烟碱、N-亚硝胺、多环芳烃等[1]。
二手烟也是室内空气中PM2.5污染的主要来源之一,一支卷烟所产生的主流烟气总量为400~500 mg,其中气相物质占烟气总量的95%~96%,固体颗粒占4%~5%,因此二手烟是气相物质和固体颗粒组成的混合物[2]。
去除颗粒物最有效的办法是采用机械过滤对其进行净化分离。
改性活性炭吸附水中六价铬离子的研究一、内容概述本研究旨在探讨改性活性炭对水中六价铬离子的吸附性能。
实验结果表明,通过化学改性后的活性炭对六价铬离子具有较高的吸附效果,可广泛应用于水处理领域。
改性活性炭的制备主要包括两个步骤:首先对活性炭进行预处理,以去除其中的杂质和表面氧化物;采用化学修饰方法,如浸渍法或化学还原法,将活性物质负载到活性炭表面,以提高其对六价铬离子的吸附能力。
改性后的活性炭可通过静态吸附实验、动态吸附实验以及吸附动力学研究等方法,评估其对六价铬离子的吸附效果。
还对吸附过程中涉及的吸附机理进行了初步探讨,认为化学改性主要是通过改变活性炭表面的官能团来提高其吸附能力。
本研究为环保部门提供了一种有效的处理含六价铬废水的方法,具有一定的应用价值。
1. 介绍六价铬离子的污染和危害;六价铬离子(Cr2O是一种具有高毒性和高致癌性的环境污染物。
由于其独特的物理化学性质,六价铬离子在水体中广泛存在,并对生态环境和人类健康造成严重威胁。
六价铬离子具有较强的氧化性,可导致水质恶化。
当其进入水体后,会与水质中的有机物、无机物等发生氧化还原反应,使水质变得油腻、发臭、发黑,破坏水生生物的生存环境,影响水资源的可用性。
长期接触或饮用含有高浓度六价铬离子的水会对人体产生潜在的致癌风险。
六价铬离子可导致实验动物患上皮肤癌、肺癌、肝癌等多种癌症。
对于人类而言,六价铬离子还可能引起慢性中毒,症状表现为皮肤溃疡、呼吸道刺激、消化系统疾病等。
消除六价铬离子污染,保障水质安全具有重要现实意义。
2. 提出改性活性炭吸附水中六价铬离子的重要性;在现代工业生产过程中,水资源的污染已经成为一个全球性的环境问题。
尤其是重金属离子,如六价铬离子,由于具有高毒性、难降解和广泛存在等特点,对生态环境和人类健康构成了严重威胁。
开发高效、环保的六价铬离子去除技术显得尤为重要。
活性炭作为一种具有极高比表面积和优良孔隙结构的碳材料,在水处理领域具有广泛的应用基础。
活性炭的再生及改性进展研究【摘要】活性炭是一种广泛应用于环境保护领域的材料,但在使用过程中会逐渐失去吸附性能,因此再生和改性技术变得尤为重要。
本文分析了目前活性炭再生技术的研究现状,包括热再生、物化学再生等方法,并讨论了活性炭再生对环境保护的重要性。
本文还介绍了改性活性炭的制备方法以及其在环境保护中的应用,其中包括改性活性炭对重金属离子、有机物等的吸附性能。
本文探讨了活性炭再生及改性研究面临的挑战,并展望了其在环境保护等领域的广阔应用前景。
活性炭的再生及改性研究将有助于提高其吸附性能,推动其在环境保护领域的更广泛应用。
【关键词】活性炭、再生技术、改性活性炭、环境保护、应用前景、挑战、研究进展1. 引言1.1 活性炭的再生及改性进展研究本文将探讨活性炭的再生技术,研究活性炭再生方法的最新进展,探讨改性活性炭的制备方法以及其在环境保护中的应用情况。
对活性炭再生及改性研究的挑战与展望进行分析和探讨,以期为今后的研究提供参考和启示。
通过对活性炭的再生及改性研究,我们可以更好地利用这一重要的吸附材料,从而在环境保护等领域中发挥更大的作用。
活性炭的再生及改性研究虽然存在一定的挑战,但在环境保护等领域具有广阔的应用前景。
2. 正文2.1 活性炭的再生技术活性炭的再生技术主要包括物理法、化学法和生物法。
物理法是指利用热解吸附法或蒸汽再生法,通过加热或蒸汽处理来去除活性炭表面吸附的废水中的有机物质。
化学法则是采用化学脱附法,利用化学溶液洗涤或氧化反应来去除吸附在活性炭表面的废水有机物。
生物法是利用微生物降解废水中有机物质,将其转化为无害物质。
在实际应用中,采用不同的再生技术取决于活性炭的使用情况和污染物种类。
物理法适用于吸附物量较少、质量易释放的有机物质;化学法适用于吸附容量较大的有机物质;生物法则适用于废水中有机物质的微生物降解。
活性炭的再生技术不仅可以延长其使用寿命,减少废物产生,还可以降低再生成本,对环境保护具有积极意义。
活性炭的再生及改性进展研究活性炭是一种重要的吸附材料,被广泛应用于水处理、空气净化、冶金等领域。
其吸附量和吸附效率与其表面结构、孔径结构及表面活性有关。
一般来说,活性炭能够在一定范围内重复使用,但长时间使用后其吸附性能会逐渐降低,需要进行再生和改性。
活性炭再生技术活性炭再生是一种将废弃的活性炭重新处理,使其恢复到与新活性炭相似的性质的过程。
这可以减少环境污染的产生,降低生产成本,同时延长活性炭的使用寿命。
目前常用的活性炭再生方法包括物理法、化学法和热法等。
1. 物理法:物理法是通过各种物理手段来除去废活性炭上的吸附污染物,其中包括水蒸气再生法、空气吹扫法和真空吸附法等。
其中,水蒸气再生法是最常用的再生方法之一,其原理是使废活性炭通过高温水蒸汽来溶解和去除吸附在其表面的污染物。
然后,在150℃左右的温度下将其干燥,即可重新使用。
这种方法具有环保、经济、可靠等优点,但不能对吸附剂的表面进行活化处理。
2. 化学法:化学法是将化学试剂引入废弃活性炭孔道内,使其与吸附剂表面上的污染物发生反应,分解其与活性炭之间的物理吸附作用,从而达到除污效果的目的。
常用的化学试剂包括酸、碱、盐、氧化剂等。
虽然该方法可以很好地除去吸附污染物,但同时也破坏了活性炭表面的结构,影响了活性炭的再生能力。
3. 热法:热法是通过在高温条件下热处理废弃活性炭来使其脱除吸附在其孔道内的污染物。
一般来说,温度在500℃以上时,吸附剂表面上的污染物可以大量脱除。
但是,该方法需要高温下进行处理,设备成本较高。
活性炭改性是指通过改变活性炭的结构或添加其他化合物,使其表面性质得到改善,从而提高其吸附性能和稳定性的过程。
常用的活性炭改性技术包括物理改性、化学改性和生物改性等。
1. 物理改性:物理改性是通过改变活性炭的表面形貌或孔道结构来提高活性炭的吸附性能。
常用的物理改性方法包括加热处理、机械球磨、超声波处理、辐射处理等。
其中,加热改性是最常用的方法之一,可将活性炭表面的极性官能基转化为亲脂性官能基,提高其吸附能力。
活性炭的再生及改性进展研究【摘要】活性炭是一种重要的吸附材料,在工业生产和环境保护中广泛应用。
由于活性炭在吸附过程中会逐渐失去吸附性能,再生和改性技术成为了研究的热点。
本文旨在探讨活性炭再生及改性的最新进展。
首先介绍了活性炭再生技术,包括热再生和生物再生等方法。
然后分别就物理改性、化学改性和生物改性的研究进展进行了详细阐述。
结合当前研究成果,展望了再生及改性技术的发展前景,并总结了研究成果,提出了未来的研究方向。
通过本文的综述,可以更全面地了解活性炭再生及改性技术的研究现状,为进一步的研究提供参考和指导。
【关键词】活性炭、再生、改性、研究背景、研究目的、物理改性、化学改性、生物改性、热再生技术、发展前景、成果总结、未来研究方向、关键词1. 引言1.1 研究背景活性炭是一种具有优良吸附性能的多孔性吸附材料,广泛应用于环境保护、医药、工业生产等领域。
由于活性炭在使用过程中会逐渐失去吸附性能,需要进行再生处理以延长其使用寿命。
活性炭的再生及改性技术是当前研究的热点之一,不仅可以提高活性炭的再生利用率,还能改善其吸附性能和工作效率。
随着环境污染问题的日益严重,活性炭的再生及改性技术具有重要的应用前景和社会意义。
为了更好地了解活性炭的再生及改性技术的研究现状和发展趋势,本文将结合国内外相关文献资料,系统归纳总结活性炭再生及改性技术的最新进展。
通过深入分析活性炭的再生技术、物理改性、化学改性、生物改性以及热再生技术等方面的研究成果,旨在为进一步拓展活性炭再生及改性领域的研究提供参考和启示。
通过对再生及改性技术的发展前景和未来研究方向的展望,不断推动活性炭再生及改性技术的创新与发展。
1.2 研究目的研究活性炭的再生及改性是为了提高其循环利用率和降低生产成本,同时改善其吸附性能和环境友好性。
本文的研究目的主要包括以下几点:探讨活性炭再生技术的现状和存在的问题,为进一步改进该技术提供理论基础;综述活性炭的物理、化学、生物改性技术的研究进展,为选择适合的改性方法提供参考;总结活性炭热再生技术的发展现状,探讨其在实际应用中存在的问题并提出改进建议。
活性炭的再生及改性进展研究1. 引言1.1 活性炭再生的研究意义活性炭再生是对已经使用过的活性炭进行清洁和恢复其吸附性能的过程。
活性炭在吸附过程中会逐渐饱和,失去吸附能力,需要定期进行再生以提高其利用率和延长使用寿命。
活性炭再生的研究意义主要体现在以下几个方面:1. 节约资源:活性炭是一种广泛应用的吸附剂,在环境治理、水处理、气体净化等领域有重要作用。
通过再生活性炭,可以减少对原材料的消耗,节约资源成本。
2. 降低环境污染:使用过的活性炭中吸附的有害物质,如果不及时处理可能对环境造成污染。
再生活性炭可以有效地回收和处理这些有害物质,降低对环境的负面影响。
3. 提高经济效益:活性炭再生可以降低废弃物处理成本,延长活性炭的使用寿命,提高吸附效率和再生效率,从而提高工业生产的经济效益。
4. 推动活性炭技术的发展:通过研究活性炭再生技术,可以不断改进和优化再生方法,提高再生效率和活性炭的吸附性能,推动活性炭技术的发展和应用。
活性炭再生的研究意义不仅在于解决环境和资源问题,更是推动活性炭领域技术创新和发展的重要动力。
1.2 活性炭改性的研究意义活性炭是一种重要的吸附材料,在水处理、空气净化、废气处理等领域有着广泛的应用。
传统活性炭存在着一些问题,比如吸附性能低、选择性差、再生困难等。
对活性炭进行改性有着重要的意义。
活性炭改性可以改善其吸附性能、增强其选择性、提高其再生性能,从而使其在不同领域的应用更加广泛和有效。
目前,活性炭改性的研究已经在各个领域取得了一些重要的进展,针对不同的应用需求,研究者们已经开展了各种各样的改性方法。
活性炭改性的研究意义在于提高活性炭的性能和应用效果,为活性炭在环境治理、工业生产等领域的应用提供更好的支持和保障。
活性炭改性的研究意义不仅体现在提高材料性能、拓展应用领域等方面,更重要的是推动活性炭技术的创新和发展,为解决环境问题、提高资源利用效率做出贡献。
2. 正文2.1 活性炭再生方法的研究进展活性炭再生是指将已经饱和或使用过一段时间的活性炭通过特定的方法进行处理,使其重新恢复吸附性能,延长其使用寿命。
活性炭改性研究进展韩严和 全 燮 薛大明 赵雅之 陈 硕(大连理工大学环境科学与工程学院,大连116023)摘 要 本文从表面结构特性、表面化学性质和电化学性质3个方面叙述了国内外在活性炭改性方面的研究进展。
表面结构特性改性主要是从增大比表面积和控制孔径分布两方面展开,从而增大吸附量;表面化学性质改性主要是通过氧化还原改变表面含氧酸性、碱性基团的相对含量以及负载金属改性,从而改变对极性、极性较弱或非极性物质的吸附能力;电化学性质改性主要是通过加微电场改变活性炭表面的带电性和由此而产生的化学性质的变化,从而改变吸附性能。
最后,本文还从活性炭的吸附性质方面,客观地提出了今后发展方向。
关键词 表面结构性质 表面化学性质 电化学性质 活性炭 改性Advance of research on modified activated carbonHan Yanhe Quan Xie Xue Daming Zhao Yazhi Chen Shuo(School of Environmental Science and Tech nology ,Dalian University of Technology ,Dal ian 116023)A bstract The paper depicts the advance of research on modified active carbon at home and abroad fromsurface structure properties ,chemical characterization and electrochemical characterization .The modification of surface structure properties is m ainly done by enlarging specific surface area and co ntrol porosity ,according -ly enlarging adsorption capacity .The modification of surface chemical characterization is done by redox to modify relative content of o xygen containing acid g roup and base g roup and loading of metal compound ,ac -co rdingly modify the adso rption capacity of dipoles ,w eak dipoles and non -dipoles molecules .The modifica -tion of electrochemical characterization is m ainly done by exposing activated carbon under w eak electric field to modify the charge of the surface and chemical character change ,accordingly modify the adso rption capacity .In the end ,advance of research is proposed in the future from adsorption capacity of activated carbon .Key words surface structure properties ;surface chemical character ;electrochemical character ;activ ated carbon ;modification 收稿日期:2002-10-13作者简介:韩严和(1976~),男,安徽安庆人,硕士,主要研究方向为环境工程(主要是水处理),现研究课题为活性炭电改性处理染料废水。
活性炭是一种优良的吸附剂,它能吸附各种有机物和无机物。
活性炭具有多孔结构,吸附容量大、速度快,能有效地吸附气体、胶态物质及有机色素等,因此广泛用于食品工业、化学工业和环境保护等各个领域。
它还有一个最大的特点就是饱和后可以再生。
活性炭具有很大的吸附性能主要是由其特殊的表面结构特性和表面化学特性所决定,同时,活性炭的电化学性质对吸附性能也有很大的作用。
活性炭的表面化学性质和表面结构特性决定其吸附性能。
对活性炭进行氧化改性处理可使两者性质同时发生改变,缓和的氧化使表面含氧基团增多,结构的微孔变化不大,吸附性能变化也不很大。
强氧化改性则使其微孔系结构遭破坏,过渡孔系增多,吸附性能明显降低。
1 表面物理结构特性的改性结构特性决定了活性炭的物理性吸附。
结构特性主要是指微孔体积、比表面积和微孔结构等,普通活性炭存在灰分高、孔容小、微孔分布过宽、比表面积小和吸附性能差等特点。
因此,有必要对其结构进行改性。
活性炭的比表面积、孔径分布等物理性质对其吸附能力有很大的影响。
活性炭的孔径分布是影响吸附容量的主要因素,这是因为分子筛的作用,当尺寸较大的吸附质分子不能进入孔直径比其小的孔内,孔径与吸附质分子的关系及吸附性能如下[1]:第4卷第1期环境污染治理技术与设备Vol .4,No .12003年1月Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control Jan .2003(1)吸附质分子大于孔直径时,会因为分子筛的作用,分子将无法进入孔内,起不到吸附的作用;(2)吸附质分子约等于孔直径时,即孔直径与分子直径相当,活性炭的捕捉能力非常强,但它仅适用于极低浓度下的吸附,因此工业应用前景不大;(3)吸附质分子小于孔直径时,在孔内会发生毛细凝聚作用,吸附量大;(4)吸附质分子远小于孔直径时,吸附质分子虽然易发生吸附,但也较容易发生脱附,脱附速度很快,而且低浓度下的吸附量小。
图1 吸附质分子和孔径关系模型图表面结构特性的改性方法有3种:物理法、化学法和物理化学联合法,而后两种方法较常用。
1.1 物理法物理改性法通常包括两个步骤:首先是对原料进行炭化处理以除去其中的可挥发成分,使之生成富碳的固体热解物,然后用合适的氧化性气体(如水蒸气、二氧化碳、氧气或空气)对炭化物进行活化处理,通过开孔、扩孔和创造新孔,形成发达的孔隙结构。
一般活化过程中发生如下反应:C +H 2O H 2+CO (ΔH =+117kJ /mol )C +CO 22CO (ΔH =+159kJ /mol )通过上述两反应去除碳材料内部的碳原子,从而创造出丰富的微孔。
影响物理活化的因素有很多,活性炭的孔隙率除了与制备活性炭的原材料性质有关外,还与炭化、活化条件(诸如炭化温度、炭化时间、活化温度、活化时间、活化剂种类、活载比(活化气与载气之比))等有着密切的关系。
当利用物理活化法制备超级活性炭时往往添加催化剂进行催化活化。
如日本专利采用第Ⅷ族金属元素作催化剂,不仅减少了反应时间,而且获得比表面积达到2000—2500m 2/g 的超级活性炭。
有代表性的过渡金属化合物有Fe (NO 3)3、Fe (OH )3、FePO 4、FeBr 3、Fe 2(SO 4)3和Fe 2O 3等。
1.2 化学法化学改性法主要是利用化学物质使活性炭进一步炭化和活化,从而创造出更加丰富的微孔。
常用的活化剂有碱金属、碱土金属的氢氧化物、无机盐类以及一些酸类,目前应用较多、较成熟的化学活化剂有KOH 、NaOH 、ZnCl 2、CaCl 2和H 3PO 4等[2],其中以KOH 作为活化剂制得的超级活性炭性能最优异。
KOH 活化时,一方面通过KOH 与碳反应生成K 2CO 3而发展孔隙,同时K 2CO 3分解产生的K 2O 和CO 2也能够帮助发展微孔;另一方面K 2CO 3、K 2O 和碳反应生成金属钾,当活化温度超过金属钾沸点(762℃)时,钾金属会扩散入碳层影响孔结构的发展,但对不同碳料的影响效果不同。
在KOH 活化过程中,主要发生以下反应[2]:4KOH +C K 2CO 3+K 2O +3H 2K 2O +C 2K +CO K 2CO 3+2C2K +3CO张丽丹等[3]采用酸、碱交替改性方法处理普通活性炭,提高了活性炭的苯吸附量、增大比表面积。
通过对活性炭进行酸、碱改性处理,溶去活性炭中的酸、碱可溶性物质,同时不破坏活性炭的骨架结构,而达到大大提高活性炭比表面积及对苯系物的吸附量。
詹亮等[4]采用氢氧化钾对普通的煤焦活性炭进行改性,制得了比表面积高达3886m 2/g 的超级活性炭,从而大大提高了活性炭的吸附能力。
邢伟等[5]将碱性复合活化剂和活化助剂,按一定的比例加入到普通的活性炭中,在氮气气氛中程序升温活化,然后在氮气气氛中冷却,改性得到了比表面异常发达、微孔分布集中的超级活性炭。
试验发现,采用碱熔活化法合成出具有超高比表面的超级活性炭。
K 2O 、O -K +以及CO -2K +是径向活化为主的中温活化段的活化剂活性组分,而处于熔融状态的K +O -、K +则是横向活化为主的高温活化段的催化活性组分。
并发现径向活化是超级活性炭形成发达微孔分布的主要途径,也是控制超级活性炭微孔分布的主要手段,而高温横向活化机理则是导致超级活性炭形成大孔的主要途径。
1.3 物理化学联合法物理化学联合改性法是将物理活化及化学活化两种方法结合起来所采用的改性方法。
一般来说,采用先进行化学活化再进行物理活化可成功地获得微孔非常丰富的活性炭。
Caturla 等[6]采用ZnCl 2化学活化后,用二氧化碳进行物理活化核桃活性炭,进一步开孔和拓孔,用34环境污染治理技术与设备4卷此法改性的活性炭比表面积最高可达3000m2/g。
M olina-Sabio等[7]用H3PO4和CO2混合活化木质纤维素活性炭,即先用质量分数为68%—85%的H3PO4在85℃下浸泡木质纤维素2h,然后将浸泡样在450℃下炭化4h,再将H3PO4活化样用蒸馏水清洗后,用二氧化碳在825℃下部分气化,结果获得了比表面积达3700m2/g、总孔容达2m L/g的超级活性炭。
通过对改性过后的活性炭进行孔径控制、表面化学性能修饰及负载金属,可使活性炭的吸附性能大大提高。
由于活性炭的吸附性能与孔径和吸附质分子直径的比值有很大的关系,当孔径和吸附质分子直径的比值为2—10时[8],活性炭的吸附性能最佳。
因此,今后活性炭结构性能方面的改性将朝着这方面发展,制造出比表面积很大、且孔径集中在某一值范围内的超大级活性炭。