下载文档原格式
表面酸碱两步改性对活性炭吸附Cr(VI)的影响刘守新 陈孝云 陈曦（东北林业大学教育部生物质材料重点实验室 哈尔滨 150040）摘要：研究了酸碱两步改性对活性炭吸附水相中Cr(VI)的影响。
将活性炭（AC0）在HNO3溶液中氧化（AC1），然后在NaOH和NaCl的混合液中处理（AC2）。
分别采用平衡和连续吸附试验，测试Cr(VI)的吸附特征。
以Boemh滴定法定量检测活性炭表面酸性官能团数量，结合元素分析结果定量表征活性炭的表面含氧官能团变化；以低温液氮吸附法分析活性炭的比表面积和孔径结构。
结果表明：活性炭经两步改性后，其Cr(VI)的吸附容量和吸附速度均显著改变。
吸附容量和吸附速度大小依次为AC2＞AC1＞AC0。
改性活性炭表面积下降，表面含氧酸性官能团数量增加。
HNO3液相氧化处理可使活性炭表面生成带正电含氧酸性官能团，第二步改性后活性炭表面酸性官能团H+部分被Na+取代，使活性炭表面酸性降低。
表面较多的含氧酸性官能团（与AC0相比）、适宜的表面pH（与AC1相比）是AC2所表现出较高Cr(VI)吸附容量的主要原因。
关键词：活性炭；改性；酸，碱；吸附；六价铬中图分类号：文献标识码：A 文章编号：0250-3301（2005）含Cr (VI)废水由于其本身的难降解性、高毒性和高致癌性，其有效治理引起人们广泛关注[1~3]。
活性炭吸附法是治理含Cr (VI)废水的有效途径，但普通活性炭对Cr (VI)的吸附容量较低。
最近，人们开展了大量实验以揭示氧化处理活性炭的表面化学结构与Cr (VI)去除效率的变化关系[3~6]。
金属离子的吸附主要取决于活性炭的孔结构和表面化学结构，活性炭表面的含氧官能团为金属离子的活性吸附点[5，7，8]。
活性炭的表面化学结构主要由活性炭表面含氧官能团的数量和性质决定，取决于炭本身的性质和其氧化历程，可以通过化学氧化性气氛中的热处理或酸性条件下处理而改变。
氧化处理可以增加活性炭表面酸性官能团数量，从而提高其Cr (VI)吸附容量[3~7]。
活性炭对甲苯的吸附平衡及热力学研究＊周烈兴１，２，彭金辉１，２，钱天才３，张利波１，２，张泽彪１，２，王绍华３（１．昆明理工大学冶金与能源工程学院，云南昆明６５００９３；２．昆明理工大学非常规冶金省部共建教育部重点实验室，云南昆明６５００９３；３．昆明理工大学分析测试研究中心，云南昆明６５００９３）摘 要： 以负载醋酸锌的废活性炭为原料，采用微波法得到再生活性炭产品吸附甲苯。
测定了２０、３０和４０℃时活性炭吸附甲苯的吸附等温线和穿透曲线，并用Ｌａｎｇｍｕｉｒ和Ｆｒｅｕｎｄｌｉｃｈ方程处理实验数据，Ｌａｎｇ－ｍｕｉｒ方程能很好地拟合实验数据，计算了甲苯在活性炭上的最大饱和吸附量（ｑｍ）为２７３．２３ｍｇ／ｇ、平均吸附热（ΔＨ）为－１．９２ｋＪ／ｍｏｌ，吸附自由能（ΔＧ）为负数，吸附熵（ΔＳ）随吸附量增加而降低，表明该吸附过程是一个自发的放热过程。
在相同入口气体浓度和吸附温度下，比较了３种活性炭的饱和吸附量，对比结果表明微波活性炭具有较大的饱和吸附量。
关键词： 活性炭；甲苯；吸附；热力学中图分类号： ＴＱ０２８；Ｏ６５７文献标识码：Ａ文章编号：１００１－９７３１（２０１１）０４－０７５３－０４１ 引 言甲苯为易挥发的有毒物质，熔点为－９５℃，沸点为１１１℃，分子直径为０．６０～０．６７ｎｍ。
人类如果处在受甲苯污染的环境中［１］，可产生各种疾病，造成各种癌变甚至死亡［２，３］。
因此采用低成本、高效率和方便快捷的方法降低甲苯在环境中的存在浓度受到各行业的广泛重视。
净化空气中挥发性有害物质的方法较多［４－１２］，活性炭净化法较为普遍［１３，１４］。
传统加热生产活性炭的过程能耗大、生产周期长，原料价格偏高。
醋酸乙烯合成过程中，急需处理大量的活性炭废催化剂，研究适合的处置方法，对废弃资源循环利用和环境保护具有重要意义。
本文以生产醋酸乙烯时产生的负载醋酸锌废活性炭为原料，通过控制微波加热活化时间、温度和气氛［１５，１６］，针对甲苯分子直径和性质，制备出适于吸附甲苯的活性炭吸附剂［１７，１８］，以提高饱和吸附量，延长穿透时间，降低原料成本和生产能耗，缩短生产周期，实现废弃物再生利用净化有害气体，达到以废治害的目的。
酸碱改性活性炭及其过滤空气中VOC的研究王磊;刘喜宏;张忠涛;徐野;司慧;杜美茜【摘要】分别用一定浓度的硫酸溶液、硝酸溶液和氢氧化钠溶液对椰壳活性炭进行酸碱改性处理,用Boehm 滴定法检测了改性前后活性炭表面官能团的含量.利用设计的小型过滤实验台进行活性炭过滤空气中挥发性有机化合物(VOC)实验,比较了酸改性活性炭、碱改性活性炭单独作用,以及二者共同作用净化VOC的效果.结果表明:酸碱改性处理能明显改变活性炭表面各官能团的含量,改变活性炭表面化学性质.通过对过滤实验结果的分析可知,在质量相同的情况下,酸改性活性炭、碱改性活性炭共同作用吸附VOC的效果优于二者单独作用的效果.%The coconut shell activated carbon is treated with H2SO4 solution,HNO3 solution and NaOH solution with certain concentration respectively.The content of functional groups on the activated carbon surface before and after modification is measured with Boehm titration ing a designed small-scale filtration experiment bench to carry out the experiment of activated carbon filtering air volatile organic compounds(VOC),the effects of acid-modified activated carbon,alkali-modified activated carbon alone,acid-modified activated carbon and alkali-modified activated carbon on VOC are compared.The results show that the acid-base modified treatment can significantly change the content of functional groups on the surface of activated carbon and change the nature of the surface of activated carbon;the results of filtration experiments show that in the case of the same mass,the joint action of acid modified activated carbon and alkalimodified activated carbon,a better VOC absorption effect can be obtained than one of them is used alone.【期刊名称】《林业机械与木工设备》【年(卷),期】2017(045)004【总页数】4页(P36-39)【关键词】活性炭;酸碱改性;VOC;过滤实验【作者】王磊;刘喜宏;张忠涛;徐野;司慧;杜美茜【作者单位】北京林业大学工学院,北京 100083;国家林业局林产工业规划设计院,北京 100010;国家林业局林产工业规划设计院,北京 100010;北京林业大学工学院,北京 100083;北京林业大学工学院,北京 100083;北京林业大学工学院,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TS612挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，简称VOC)对人体具有严重的危害性，已经成为室内环境的主要污染物[1-2]。
粉状活性炭的表面改性及其对吸附性能的影响活性炭作为一种广泛应用于环境保护领域的吸附材料，其吸附性能的优劣直接影响着其应用效果。
为了提高活性炭的吸附性能，可以对其表面进行改性处理。
其中一种常用的改性方法是对粉状活性炭的表面进行改性处理，通过改变其表面性质来提高其吸附性能。
本文将探讨粉状活性炭的表面改性方法，并分析其对吸附性能的影响。
在粉状活性炭的表面改性过程中，常用的方法包括物理改性和化学改性两种方式。
物理改性主要是通过改变表面形貌、孔结构以及表面电性等来提高吸附性能，而化学改性则是通过在活性炭表面引入化学官能团来改变表面化学性质。
下面将分别介绍这两种方法的具体实施以及对吸附性能的影响。
物理改性方法中，常见的包括热处理、氧化处理、负载改性等。
热处理是指通过高温处理来改变活性炭的表面形貌和孔结构，进而提高吸附性能。
例如，高温炭化可以使活性炭的孔径变得更加均匀，增加孔体积，从而提高其吸附性能。
氧化处理则是利用氧气、臭氧等气体来改变活性炭的表面性质，如增加活性炭表面上的含氧官能团，提高对有机污染物的吸附能力。
负载改性是指将其他活性物质负载到活性炭表面，例如负载金属氧化物或其他催化剂，通过催化氧化等反应来提高吸附性能。
化学改性是通过在活性炭表面引入化学官能团来改变其表面化学性质的方法。
常用的化学改性方法包括酸碱处理、氧化剂处理、表面覆膜等。
酸碱处理可以改变活性炭表面的酸碱性质，增加官能团含量，提高吸附性能。
氧化剂处理是指利用强氧化性的化学物质，在活性炭表面引入官能团，增加活性位点，从而提高吸附性能。
表面覆膜是指将活性炭的表面覆盖一层附着剂，形成保护层，提高活性炭的稳定性和吸附性能。
改性后的粉状活性炭对吸附性能的影响主要体现在以下几个方面。
首先，改性可以增加活性炭的孔体积和孔径分布，提高吸附物质分子在活性炭中的扩散速率，从而增强吸附性能。
其次，改性可以增加活性炭表面的官能团含量，提高其与目标污染物之间的亲和力，增强吸附效果。
环境科学科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald69DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.30.069酸碱改性活性炭对甲醛吸附性能的研究杨威 蔺勇智(无限极（中国）有限公司 广东广州 510663)摘 要：当前人们为了美化自身的生活环境，会频繁地对自己的居住场所进行装修，而这个过程需要消耗许多建筑材料。
这些建筑材料常常会会发出许多有害的习题，影响室内的环境质量。
甲醛是其中最为人所知晓的一种，目前最常见也是效果比较良好的清除手段就是采用活性炭对其进行吸附。
而常规的活性炭对其的吸附能力是十分有限的，但如果采用酸碱对其进行改性，那么就能使其能力出现显著增强。
如果能将这一点良好地利用在对空气进行净化方面，那么就可以取得良好的效果。
关键词：甲醛 活性炭 吸附中图分类号：TQ424.1 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)10(c)-0069-02增强活性炭对甲醛的吸附能力，通过改性的方式是最有效的方法。
就大部分物质而言不同改性方式产生的作用存在着较大差异，活性炭也不例外。
对其进行改性实验通常会使用一些常见的酸性或者碱性物质来完成，例如乙二酸、氨气的水溶液等。
对不同物质起到的改性效果进行对比可以分析出采用哪种物质能使活性炭净化空气的效果更好。
1 甲醛的危害及吸附方式1.1 甲醛的危害甲醛是一种有机物，可以溶于水制成具有防腐以及杀菌功能的溶液，我们通常称之为福尔马林，这种溶液是有毒的，如果对其进行持续性加热，那么其会很大程度地挥发。
甲醛本身有着较大的气味，所以混合在空气中人是可以很容易发现的。
甲醛在现代工业中有着很多的用途，溶于酒精后可以保存一些容易与空气发生反应的气体，也可以对一些容易腐烂的物质进行处理，还可以在一些物质的置备过程中发挥作用。
由于在制造一些装修过程中的材料时需要用到甲醛，其会以固态保留在这些材料中，这也就是在房屋在进行装修后会有较大的甲醛气味的原因。
0 引言挥发性有机物（Volatile Organic Compounds，VOCs）是指沸点为50 ℃~ 260 ℃、室温下饱和蒸气压超过133.132 kPa 的有机化合物，包括烃类、卤代烃、芳香烃以及多环芳香烃等。
VOCs 在室温下容易挥发，具有毒性、刺激性、致畸性和致癌性等特点，严重威胁人类的健康[1]。
治理VOCs 最有效的途径是在生产源头进行控制，由于生产技术水平的限制，工业生产中仍不可避免地向大气中排放VOCs，因此将VOCs 的末端处理和源头控制结合起来才能有效地减少VOCs 的排放量。
在现有的各种处理VOCs 的工艺中，活性炭吸附法占比较大，该方法成熟、稳定，在废气治理中有较广的应用范围。
裴多斐等[2]的研究表明，活性炭的吸附性能受活性炭孔隙分布、活化方式、VOCs 初始浓度、VOCs 分子量和极性等多种因素的影响，活性炭表面性质也决定了活性炭的吸附能力，其表面性质主要由化学官能团、表面杂原子和化合物决定。
活性炭表面改性常见方法有氧化改性、还原改性以及载杂原子和化合物改性等[3]。
笔者对比3种不同表面改性（硝酸铁、氢氧化钠以及磷酸）对活性炭甲苯、丙酮吸附性能的影响，分析其中的变化因素，优化最佳的表面改性条件，有助于指导活性炭吸附VOCs 的工业应用。
1 试验1.1 试验准备吸附装置如图1所示，采用山东鲁南公司的SP6890气相色谱分析仪进行检测，色谱分析仪的条件为柱温220 ℃、检测室180 ℃以及气化室180 ℃。
通过六通阀在线采集样品，将氮气作为载气，采用FID 氢气火焰检测器，连接端计算机采用N2012色谱工作站检测色谱信号。
丙酮、甲苯分别由丙酮溶液和甲苯溶液鼓泡产生，并与氮气充分混合进入管式吸附床，具体流程如图1所示。
1.2 主要试剂试验所用主要试剂见表1。
表1 主要试剂表试剂名称级别浓度/%提供厂家活性炭大阪燃气化学（Osaka Gas ChemicalsGroup）高纯氮气高纯99.99南京特种气体有限公司甲苯AR 99.99国药集团化学试剂有限公司丙酮AR 99.99国药集团化学试剂有限公司磷酸AR 85.00国药集团化学试剂有限公司氢氧化钠AR 99.99国药集团化学试剂有限公司硝酸铁AR99.99国药集团化学试剂有限公司1.3 改性试验该试验采用浸渍法，用硝酸铁溶液、氢氧化钠溶以及磷酸溶液对活性炭进行化学改性。
预处理方法对活性炭结构及吸附性能的影响【摘要】本文综述了预处理方法对活性炭结构及吸附性能的影响。
在介绍了活性炭的重要性和研究目的，以及相关文献综述。
接着在分别讨论了化学预处理方法、物理预处理方法、热处理方法、酸碱处理方法和氧化处理方法对活性炭的影响。
在总结了不同预处理方法对活性炭结构和吸附性能的影响，指出了尚待探索的研究方向。
本文对于活性炭的预处理方法及其影响进行了较为详细的分析，为未来的研究提供了重要参考。
【关键词】关键词：活性炭、预处理方法、结构、吸附性能、化学处理、物理处理、热处理、酸碱处理、氧化处理、未来展望1. 引言1.1 背景介绍活性炭是一种多孔材料，具有非常高的比表面积和吸附性能，被广泛应用于水处理、气体净化、催化剂载体等领域。
预处理方法作为活性炭制备过程中的重要环节，对活性炭的结构和吸附性能具有重要影响。
通过不同的预处理方法，可以调控活性炭的孔径分布、表面化学性质以及表面功能团的种类和数量，进而影响活性炭的吸附性能。
研究预处理方法对活性炭结构及吸附性能的影响，对于提高活性炭的吸附效率和选择性具有重要意义。
随着环境污染和资源紧缺问题日益严重，活性炭的应用需求不断增加。
深入研究不同预处理方法对活性炭性能的影响，有助于优化活性炭的结构和吸附性能，提高活性炭的利用效率，从而更好地满足社会的需求。
在这一背景下，本文将系统评述不同预处理方法对活性炭结构和吸附性能的影响，旨在为活性炭的制备和应用提供科学依据。
1.2 研究目的本研究的目的是探讨预处理方法对活性炭结构及吸附性能的影响，以期为活性炭在环境治理和工业应用中的性能提升提供理论依据和方法指导。
通过对不同预处理方法进行对比分析，期望能够深入了解不同预处理方法对活性炭孔结构、表面化学性质以及吸附能力的影响机制。
本研究还旨在探讨不同预处理方法之间的优劣比较，为实际应用中的活性炭预处理工作提供参考和建议。
通过研究活性炭预处理方法的影响，进一步拓展活性炭在废水处理、气体净化、脱硫脱氮等领域的应用范围和效果，为活性炭材料的研究和开发提供新的思路和方向。
酸、碱改性活性炭对甲苯吸附性能的影响
作者：赵婧宇
来源：《中国化工贸易·中旬刊》2019年第04期
摘要：活性炭作为现代工业、生产生活中应用较为广泛的吸附剂，其吸附性能的高低也直接决定了产品的使用价值。
文章首先介绍了活性炭对甲苯的吸附原理与基本影响因素，其次对酸碱改性活性炭的处理流程进行了探讨，并在最后对酸碱改性活性炭对甲苯吸附性能的影响进行了阐述，希望可以有效提升吸附水平，进一步提升活性炭的产品价值。
关键词：酸碱改性;活性炭;甲苯;吸附性能
活性炭是一种吸附能力很强的吸附剂，其具有吸附的速度快、容量大的优势，同时再生的成本也不高，所以能够适应多种生产环境与物质的吸附要求。
其中，针对甲苯的吸附性能是废气处理行业普遍关注的问题。
为了进一步分析酸碱改性活性炭对于改善甲苯吸附性能的作用，现就其吸附原理与影响因素探讨如下。
1 活性炭对甲苯吸附性能概述
1.1 吸附原理
根据相关研究结果表明，活性炭对于挥发性有机物具有良好的吸附作用。
在作用过程中，活性炭的内表面的表面积很大，同时对于多种孔洞结构，可以与甲醛、甲苯等有机物充分接触，通过表面官能团可以实现活性炭表面的活化，从而吸附大量的有机物。
1.2 影响因素
影响活性炭对于甲醇甲苯吸附性的因素众多，其中根据化学后处理的方法来提升表面活性，控制活化温度并改善基质都是常用的调控方式。
所以，不同的类型的活性炭表面官能团结构调整与空隙结构变化都可以影响到活性炭对于甲苯的吸收性能。
目前，工业上多采用酸碱改性的方法对其进行处理，这是由于酸性物质、碱性物质处理后，比表面积以及表面的活性位点都会发生影响，不同的理化性质改善结果不同，最终的影响效果也不一样。
2 酸、碱改性活性炭
2.1 酸碱改性处理
酸碱改性处理过程中需要选择不同类型的溶液进行改性，包括硫酸（H2SO4）、磷酸、氢氧化钠（NaOH）、氨水（NH3）等，对比改性前后的扫描电镜图，其中活性炭的表面呈现出蜂窝状结构，而孔隙结构丰富、小孔密集。
经过比较发现，利用氢氧化钠（NaOH）以及氨水（NH3）处理后的活性炭的微孔总数从3.4%增加到10.6%，明显增加，整体比表面积增大。
而经过硫酸（H2SO4）、磷酸处理后，活性炭的内部孔结构出现了破坏的情况，所以改性后的比表面积没有得到扩大。
尽管进行改性处理后的形貌变化不太明显，不过整个活性炭的结构依然是蜂窝状结构为主。
2.2 二次改性处理
在一次改性处理分析完成后，可以进行二次改性活性炭的理化性质分析，这个过程中可以对活性炭吸附甲苯的蒸汽能力进行评价，经过酸性处理后，酸性官能团的数量大小发生了变化，其中随着氢氧化钠（NaOH）溶液的浓度有明显的升高趋势，同时活性炭的表面含氧酸性官能团的数量则有所减少，这是由于表面的含氧酸性官能团的数量本来较多，但是在碱性环境下发生了反应，导致表面的酸性官能团的数量下降，相同条件下的吸附能力被削弱。
3 酸、碱改性活性炭对甲醇、甲苯吸附性能的影响
3.1 改性活性炭对甲苯蒸气动态吸附
利用动态吸附试验的方式来对改性后的活性炭的甲苯蒸气吸附能力进行分析，这个过程中可以发现当吸附的蒸汽浓度相对恒定时，建改性活性炭的吸附量提升十分明显，而酸改性却在一定程度上抑制了甲苯的吸附能力。
根据动态吸附的过程原理来看，甲苯分子传质过程中吸附在柱上，其中载气流速、吸附柱的填充密度等都是影响最终动态吸附性能的重要因素。
在吸附過程中穿插了一些其他的影响因素，比如吸附柱的填充质量变化以及其他的影响，导致气体在吸附柱内的实际停留时间较长，或者吸附甲苯的综合质量较大，如下图1所示：
图1一次性改性活性炭傅里叶红外光谱图
3.2 改性活性炭对甲苯蒸气吸附影响
分析改性活性炭对甲苯蒸气吸附量的影响，需要结合理化性质进行讨论。
在表面的理化性质发生明显改变后，活性炭的表面理化特征对于吸附能力产生了影响。
其中，表面结构是影响吸附量的最重要的因素之一，其中活性炭的吸附量大小以及活性炭的空洞结构都是对微孔结构较为敏感的部分，所以也会直接作用于吸附能力。
在吸附的过程角度上分析，整个过程中包括外扩散与内扩散以及表面吸附是那种模式，其中内扩散与表面吸附主要依靠活性炭的孔道容积，容积越大吸附能力越强，这与吸附剂的孔径大小、吸附质分子质量等内容有关。
而在活性炭的微孔面积与吸附量的关系方面分析，可以发现碱改性后，甲苯的吸附量有较大幅度提升，这应该是得益于孔道的容积获得了提升所导致的结果。
4 总结
综上所述，酸碱改性活性炭能够有效提升甲醇甲苯的吸附能力，这主要是由于在改性处理的过程中，活性炭的表面积、官能团的数量等方面的因素都获得了改善，同时微孔容积以及表面酸性官能团的数量也发生了变化，这样就可以有效提升活性炭的甲苯吸附能力，从而更好的适应表面官能团的目标要求。
在本研究中探讨了理化性质、蒸气动态吸附等方面的影响，希望可以为顺利完成酸碱改性处理工艺，提升活性炭的品质奠定良好的基础。
参考文献：
[1]宋剑飞.活性炭吸附VOCs及其构效关系研究[D].长沙：中南大学，2014.。
