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双氧水改性对活性炭纤维表面结构的影响作者：逯秀
来源：《科技风》2019年第18期
摘要：利用双氧水对ACF做浸渍改性处理，考察ACF表面结构及含氧官能团的变化，结果显示双氧水改性ACF的比表面积、微孔和总孔容积均显著增加，并伴随产生部分中孔。
同时，ACF表面的酚羟基、内酯基、羧基等含氧官能团数量显著增加。
关键词：双氧水;活性炭纤维
本实验通过H2O2浸渍法对ACF进行改性，考察双氧水改性样品ACF-H2O2的表面结构、含氧官能团的变化情况。
1 仪器与方法
称取（3.0000±0.0005）g的ACF0样品，按照一定顺序将ACF0样品放入盛有H2O2的广口瓶中，H2O2浸渍时间2小时，浸渍浓度为1.63mol/L，浸渍pH 4.8，常温条件下，通过HY-2型调速振荡器以恒定的速率进行振荡浸渍，浸渍一定时间后将改性样品过滤，将烘箱温度设置为105℃烘干24小时，最后将改性ACF-H2O2樣品小心放置于干燥器中以备使用。
2 结果与分析
2.1 改性ACF-H2O的表面结构特征
3 结论
利用双氧水浸渍改性的ACF-H2O2样品具有丰富的表面结构，与未经双氧水改性处理的ACF0样品比较，改性ACF-H2O2样品中比表面积、微孔和总孔容积均显著增加，并伴随产生部分中孔。
ACF中含氧官能团，酚羟基（O─H）、羧基（─COOH）、内酯基等数量显著变多。
参考文献：
[1]曾汉民，陆耘，朱世平.用活性碳纤维回收、提取重黄金[P].中国，专利号：8810827410.1998.。
浅谈活性炭表面酸性含氧官能团对甲醛吸收作用的影响研究者们纷纷尝试用强酸、强氧化剂对活性炭进行性能改良，从而提高活性炭的表面酸性含氧官能团的质量数值，增强其对甲醛的吸附能力。
研究发现，含氧官能团的差异所产生的吸附效果也不一样。
此外，当活性碳表面孔隙被堵住，吸附效果也会明显减低。
这些堵住孔隙的杂质通常叫难被清除，在强氧化剂、强碱强酸的作用下方可被清理。
标签：活性炭；酸性含氧官能团；甲醛吸收甲醛是一种毒害较强的气体，被誉为室内“夺命杀手”，对于儿童、孕妇、老人的健康危害尤为严重。
利用活性炭的吸附性来处理室内甲醛是较为常见的方式。
然而由于甲醛分子属于极性分子，活性炭對极性分子的吸附作用相对较小。
对此，研究者们纷纷尝试用强酸、强氧化剂来对活性炭进行性能改良，提高其表面酸性含氧官能团的质量数值并增强极性。
研究发现，含氧官能团的差异所产生的吸附效果也不一样。
除此以外，活性炭表面存在一些孔隙，当这些孔隙被堵住，吸附效果也会明显减低[1]。
这些堵住孔隙的杂质通常叫难被清除，在强氧化剂、强碱强酸的化学清洁作用能够一定程度上清除这些杂质。
本文围绕浅谈活性炭表面酸性含氧官能团对甲醛吸收作用的影响的课题，采用不同浓度的硝酸、过氧化氢和氢氧化钠对活性炭做浸渍处理，然后对其表面酸性官能团的质量以及对甲醛气体的吸附效果展开分析，旨在更好的发挥出活性炭的吸附作用，在室内甲醛处理的问题上发挥更大的价值。
以下是具体报告内容。
1材料和方法1.1 实验材料选用市面上能够买到的颗粒状活性炭作为本次研究的基础材料，经过物理活化处理后备用。
1.2 试验方法将从市面上买来的活性炭洗干净，放入烘干箱烘干。
量取浓度为10%至60%的硝酸溶液，每隔5%为一个区间梯度，各40毫升、量取浓度为10%至30%的过氧化氢溶液，每隔5%为一个区间梯度，各40毫升。
分别加入20克活性炭，振荡后静置两小时，将浸渍液过滤干净，经干燥处理后再用去离子水将其淘洗至变为中性，再烘干备用。
含氧官能团boehm滴定理论说明1. 引言1.1 概述含氧官能团boehm滴定是一种常用的分析方法，用于表征材料表面的含氧官能团含量。
随着表面化学研究的发展，对材料表面性质的准确描述和理解变得越来越重要。
含氧官能团是材料中极为常见的一类功能基团，它们在材料的性质和应用方面扮演着重要角色。
因此，了解材料表面含氧官能团含量及其分布情况十分关键。
1.2 文章结构本文将从以下几个方面对含氧官能团boehm滴定进行理论说明。
首先，在第2部分将详细介绍含氧官能团boehm滴定的概念、原理以及操作步骤；接下来，在第3部分将探讨Boehm滴定在表面化学研究中的应用，并介绍一些利用该方法评估各类碳材料表面含氧官能团含量差异性的案例；然后，在第4部分将通过经典实验与案例阐述Boehm滴定理论描述的局限性，并提出可能的解决思路；最后，在第5部分总结全文的主要观点和论点。
1.3 目的本篇文章旨在提供对含氧官能团boehm滴定理论说明的全面解析，包括其原理、操作步骤、应用领域以及存在的局限性和发展方向。
通过深入研究这一方法，可以增进对材料表面含氧官能团含量表征的认识，为表面化学研究提供进一步的指导，并为相关领域的科学家和研究人员提供参考。
2. 含氧官能团boehm滴定理论说明2.1 含氧官能团概述含氧官能团是化合物分子中的一种结构，通常与氧原子相关联。
这些官能团在化学和材料科学研究中扮演着重要角色，因为它们可以参与反应和相互作用，并对材料的性质和功能产生影响。
常见的含氧官能团包括羟基、羰基、醇基等。
2.2 Boehm滴定方法简介Boehm滴定属于一种常用的表面化学分析方法，用于测量材料表面上的含氧官能团含量。
这个方法最初由Werner Boehm在1966年提出，并已被广泛应用于碳材料以及其他具有含氧表面官能团的材料研究领域。
Boehm滴定方法基于以下原理：首先，将待研究样品置于滴定溶液中，其中包括一种酸性试剂，如硝酸或高锰酸钾溶液；接下来通过不同条件下进行搅拌、加热等处理，使得待研究样品上的含氧官能团与滴定试剂发生化学反应；最后，通过测量溶液中的酸性度变化（如pH值的变化），来推断含氧官能团的含量。
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】。
生物炭表面含氧官能团
生物炭表面的含氧官能团包括羟基、羧基、酸酐、内酯和醌基等。
这些含氧官能团会影响多孔炭电极材料的耐电压特性，当电压升高时，正极多孔炭电极材料上的含氧官能团会与电解液发生电化学反应，可能产生气体。
生物炭（Biochar）是指通过高温热解生物质（如木材、秸秆、植物残余物等）制得的一种炭素质材料，具有多孔性、高specifc surface area、较强的吸附能力和稳定性等特点。
生物炭具有广泛的应用价值，除了作为土壤改良剂外，还可作为吸附剂、催化剂、电极材料等领域的载体。
生物炭表面的化学特性具有很大的影响，因为它直接关系到吸附和反应的能力。
在炭化过程中，生物质中的有机物会转化为炭素，并在炭的表面上形成不同类型的化学官能团及其组合。
这些化学官能团包括但不限于羟基、羧基、醇、酮、酸酐、内酯、醛、酚、芳香族结构等。
这些官能团的存在会影响生物炭的物理、化学以及生物学特性。
生物炭表面的多孔性也是其重要特征之一。
生物炭的多孔结构可分为微孔、介孔和大孔三种类型。
微孔的直径一般小于2nm，介孔的直径范围在2-50nm 之间，大孔的直径则大于50nm。
这些不同大小的孔道会对生物炭的吸附和质子传递等性质产生影响。
除此之外，生物炭的比表面积也是其重要的特征之一。
由于其多孔结构和大量含氧官能团的存在，使得生物炭的比表面积大于100 m²/g，有利于吸附、离子交换和电化学反应等应用领域。
粘胶基活性炭纤维及其改性研究活性炭纤维（ＡｃｔｉｖａｔｅｄＣａｒｂｏｎＦｉｂｅｒ，ＡＣＦ）是继粉状活性炭（ＰＡＣ）和颗粒活性炭（ＧＡＣ）之后发展起来的一种新型碳材料。
活性炭纤维可以按其原料的不同分类，较常见的有粘胶基、酚醛基、聚丙烯腈基和沥青基活性炭纤维，其他原料的有聚偏二氯乙烯、聚酰亚胺纤维、ＰＢＯ纤维、聚苯乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚氯乙烯（Ｓａｒａｎ）基、ＰＶＡ基、天然植物纤维基等系列的ＡＣＦ［１］，其产量以粘胶基最多。
粘胶基活性炭纤维的制备原料低廉，得率高，研制成功的最早，结构性能优良，是目前工业化生产和应用最广泛的炭纤维，因而具有及高的研究价值。
１结构特点１．１高比表面积粘胶基活性炭纤维的比表面积从９００－２０００ｍ２／ｇ，有巨大的伸缩空间，可以根据不同的需要进行制备。
１．２孔径均匀紊乱碳层堆叠的类石墨微晶结构，主要以微孔为主，９２％的孔径＜２ｎｍ［２］。
变化范围可以从０．２－２ｎｍ，含有少量的中孔，基本上没有大孔。
ＡＣＦ的微孔孔径，直接开口于表面［３］，比较一致。
１．３活性基团丰富粘胶基ＡＣＦ的主要成分是碳，此外还有少量的氧和氢等元素，为较纯的纤维素结构，纤维表面结构复杂，有类石墨或交联烃类的碳氢结构单元、羟基、醚基、羰基、羧基等［４］，具有含氮官能团是其应用在脱硫、脱氮领域的一个很重要的因素。
由于基团活性强，可以与多种物质发生反应。
２性能２．１吸附性能活性炭纤维微孔结构直接分布于固体表面，使吸附质分子不需穿过大孔、中孔而直接到达微孔的吸附部位，缩短了吸附行程，加快了吸附速率，使大量微孔得到了充分利用。
粘胶基活性炭纤维的吸附容量大，吸附层薄，吸附灵敏度高，在低浓度甚至痕量下，也可进行极其有效的吸附，吸附效率比活性炭高得多；再生容易，对乙醇的再生吸附率超过９５％［５］。
２．２电性能活性炭纤维孔道比较畅通，连接紧密，电阻低，极化性导电性好，适用于作电极材料，且具有耐热性强、热膨胀性低、化学性能稳定等优点，在一些电池或电器的电极生产中已经得到应用。
酸性官能团、中性官能团及碱性官能团。
此外，由于活性炭中80%～90%以上是碳，导致其具有非极性和疏水特性，对非极性物质和水中有机物具有较强的吸附能力[1-2]。
由于活性炭的亲/疏水特性和表面官能团的种类、数量对吸附和催化有重大影响，而纯活性炭的表面无法提供足够的活性位，因此根据吸附质的不同对活性炭进行表面改性具有非常重要的研究意义。
表面改性主要是通过引入或去除某些表面官能团来提高活性炭的亲水性和极性或改变酸碱性，从而具有特殊的吸附或催化性能。
目前，活性炭表面改性的研究集中在含氧官能团和含氮官能团的引入。
含氧官能团，包括羧基、酚羟基、醌型羰基等，可以提高表面酸性，吸附碱性物质。
含氮官能团，如氨气、尿素及三聚氰胺等，的引入不仅可以提高表面碱性，同时可以增强表面极性，有利于吸附极性物质[1]。
2 活性炭脱除H 2S活性炭具有比表面积较高、孔隙结构较发达、独特的化学特性等特点，使其在脱除H 2S 上具有重要作用。
当体系中无氧气存在时，其脱除机理为物理/化学吸附；当体系中氧气存在时，其脱除机理为吸附/氧化。
影响活性炭对H 2S 吸附的因素主要有活性炭孔结构和表面化学性质以及水含量等。
2.1 吸附/氧化机理活性炭对H 2S 的吸附/氧化机理：吸附的水在活性炭表面形成一层水膜，在水膜的作用下，吸附的H 2S 首先解离成HS-离子，并在O 2作用下氧化为元素硫。
2.2 孔结构H 2S 吸附中，微孔是一个重要因素，研究发现，活性炭的孔径分布均匀，微孔孔容较高时，H 2S 的吸附/氧化得到加强。
由于H 2S 的分子动力学直径为0.36nm ，活性炭的孔径应大于其分子动力学直径。
2.3 表面化学性质活性炭的表面化学性质对H 2S 吸附的影响主要是通过促进/抑制H 2S 解离来实现的，表面酸性抑制H 2S 解离，而表面碱性促进H 2S 解离。
研究证明，当活性炭表面pH 低于4.5时，仅发生物理吸附。
为了提高吸附H 2S 的能力，需要浸渍活性组分以提高表面碱性。
