文獻綜述-活性炭的表面改性相關(guān)研究介紹.doc

活性炭的表面改性相關(guān)研究介紹摘要：通過對活性炭表面物理、化學、電化學性質(zhì)的改變而制得的改性活性炭，在多種應(yīng)用層面取得了長足的進展。改性活性炭在水污染處理過程中發(fā)揮了越來越明顯的作用。關(guān)鍵詞：活性炭 表面化學 表面改性 1. 活性炭的定義活性炭又稱活性炭黑。是黑色粉末狀或顆粒狀的無定形碳；是孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達，比表面積很大(1500m2/g以上)，吸附能力很強的炭。是以煤、木材和果殼等原料，經(jīng)炭化、活化和后處理而得。按外觀形狀可分為粉狀活性炭、顆?；钚蕴俊⒊尚突钚蕴亢突钚蕴坷w維?；钚蕴恐鞒煞殖颂家酝膺€有氧、氫等元素。活性炭在結(jié)構(gòu)上由于微晶碳是不規(guī)則排列的，在交叉連接之間有細孔，在活化時會產(chǎn)生碳組織缺陷。因此它是一種多孔碳，堆積密度低，比表面積大。2. 活性炭的表面改性與樹脂、硅膠、沸石等吸附劑相比，活性炭具有許多獨特且不可替代的特性，即高度發(fā)達的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積；炭表面含有多種官能團； 具有穩(wěn)定的催化性能；能夠在不同溫度、不同酸堿度的環(huán)境中使用；可以再生。因此，活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大。活性炭應(yīng)用領(lǐng)域擴大對其性能提出了更新、更高的要求，在“高吸附、多功能、高強度”的總要求下，出現(xiàn)了對專用炭質(zhì)吸附材料需求量越來越多的趨勢。目前用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)出來的活性炭只能滿足一般需求，要想擴大其用途或滿足某種特殊用途，必須要針對應(yīng)用的要求，在充分認識活性炭表面結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用某種可行的途徑對其進行表面改性，從而達到實際應(yīng)用的目的。普通活性炭存在灰分高、孔容小、微孔分布過寬、比表面積小和吸附選擇性能差等特點，加上其表面官能團及電化學性質(zhì)的一些限制，使其對污染物的吸附去除作用有限，遠遠不能滿足國內(nèi)外市場的要求。因此，在水污染處理過程中，有必要對所使用的活性炭的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進行改性，以增大其吸附能力，緩解水污染壓力。目前，改性活性炭材料被廣泛用于污水處理、大氣污染防治等領(lǐng)域，特別是在水環(huán)境污染治理方面越來越顯示出其誘人的美好前景。3. 活性炭改性的具體方法3.1 活性炭表面物理結(jié)構(gòu)特性改性活性炭的表面物理結(jié)構(gòu)特性包括活性炭的比表面積、微孔體積和結(jié)構(gòu)、孔徑分布，其決定了活性炭的物理吸附。物理吸附是指：當吸附質(zhì)分子遠小于、小于或約等于活性炭孔直徑時，吸附質(zhì)分子進入活性炭表面的孔內(nèi)，從而達到吸附去除的目的。因此，活性炭的比表面積、孔徑分布等物理性質(zhì)對其吸附能力有很大的影響，其中孔徑分布是影響吸附容量的主要因素?；钚蕴康谋砻嫖锢斫Y(jié)構(gòu)特性改性就是指在活性炭材料的制備過程中通過物理或者化學的方法來增加活性炭材料的比表面積、調(diào)整活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)及其分布，使活性炭材料的吸附表面結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而改變活性炭材料的物理吸附性能?？紫墩{(diào)整的目的就是使活性炭的微孔尺寸與吸附分子尺寸相當，從而提高其吸附能力?？梢酝ㄟ^控制輕度活化程度來開孔和擴孔；縮孔則可以采用熱收縮法、浸漬覆蓋法和氣相熱解堵孔法等方法。碳沉積技術(shù)也是一種調(diào)整活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)的方法，這種方法可以使活性炭具有分子篩性質(zhì)。碳沉積包括氣相碳沉積、液相浸漬后熱解碳沉積、真空浸漬碳沉積。目前，化學氣相碳沉積技術(shù)比較多用，在含苯之類的烴類氣體氛圍下，熱處理活性炭，通過烴氣體的分解析出熱解炭，縮小孔徑。活性炭材料的性能除與原料有關(guān)外，還與炭化條件、炭化溫度、炭化時間、活化溫度、活化時間、活化劑種類以及活載比等有密切的關(guān)系。為了使孔隙結(jié)構(gòu)更加豐富，孔徑分布更加均勻，在活化過程中可以加人一些化學活化劑。常用的活化劑有堿金屬、堿土金屬的氫氧化物、無機鹽類以及一些酸類，目前較成熟的化學活化劑有KOH、NaOH、ZnCl2和H3PO4等，其中以KOH作為活化劑制得的活性炭性能最優(yōu)異?？刂苹罨瘎┑姆N類及用量，可以靈活的控制活性炭的吸附特性。3.2 活性炭表面化學性質(zhì)的改性活性炭的表面化學性質(zhì)主要由表面的化學官能團、表面雜原子和氧化物決定，其決定了活性炭的化學吸附。活性炭的表面化學官能團有含氧官能團和含氮官能團，含氧官能團又分為酸性含氧官能團和堿性含氧官能團。酸性含氧官能團使活性炭具有極性的性質(zhì)。因此，僅限于吸附極性較強的化合物。而堿性含氧官能團易吸附極性較弱或非極性物質(zhì)?；钚蕴勘砻婊瘜W性質(zhì)的不同對活性炭的酸堿性、潤濕性、吸附選擇性、催化特性等都會產(chǎn)生很大的影響?；钚蕴康谋砻婊瘜W性質(zhì)改性就是指通過一定的方法改變活性炭吸附表面的官能團及其周邊氛圍的構(gòu)造，控制其親水/ 疏水性能以及與金屬或金屬氧化物的結(jié)合能力，使其成為特定吸附過程中的活性點，從而可以控制其親水/ 疏水性能以及與金屬或金屬氧化物的結(jié)合能力?；钚蕴课奖砻婊瘜W性質(zhì)的改性可以通過表面氧化改性、表面還原改性、負載金屬及化合物改性、低溫等離子體改性、酸堿改性等進行。改性過程中常常將不同的改性方法結(jié)合起來對活性炭進行改性，從而達到更好的改性效果。活性炭的表面化學性質(zhì)改性主要包括表面氧化改性、表面還原改性、負載物質(zhì)改性、低溫等離子體改性和酸堿改性等。3.3 活性炭電化學性質(zhì)的改性活性炭的電化學性質(zhì)同時決定了物理吸附和化學吸附。由于活性炭是由石墨晶體和無定型碳組成，因此，它具有較強的導(dǎo)電性能。具有捕捉電荷的能力，使其表面帶有一定的電荷。電化學改性是指利用微電場，使活性炭表面的電性和化學性質(zhì)發(fā)生改變，從而提高吸附的選擇性和吸附性能?；钚蕴课搅侩S電位的增加而逐漸提高，吸附速度加快；陽極極化有利于活性炭對氯仿的吸附，陰極極化抑制活性炭對氯仿的吸附。4. 改性活性炭在水處理中的應(yīng)用改性活性炭作為一種環(huán)境友好型吸附劑，具有較強的吸附性和催化性能，原料充足且安全性高，有耐酸堿、耐熱、不溶于水和有機溶劑、易再生等優(yōu)點，對水中溶解的有機污染物如苯類化合物、酚類化合物、石油及石油產(chǎn)品等具有較強的吸附能力，而且對用生物法和其他化學法難以去除的有機污染物，如色度、亞甲基藍表面活性物質(zhì)、除草劑、殺蟲劑、合成染料及許多人工合成的有機化合物都有較好的去除效果；此外，改性活性炭對電鍍廢水和冶煉工業(yè)廢水中的重金屬也有較強的吸附能力；對水質(zhì)渾濁有明顯的澄清作用，可以除去水中的異臭、異味，對細菌也有極好的過濾作用。因此，改性活性炭在水處理中越來越受到重視。改性活性炭可以通過吸附作用等多種機理有效去除水中的有機污染物和水中的重金屬絡(luò)合物及重金屬離子。由于改性活性炭吸附性能更好，因此，改性活性炭的應(yīng)用越來越受到重視。參考文獻：林信惠.表面化學的開拓者歐文_朗繆爾宮國卓.活性炭的表面性質(zhì)及表面改性研究進展范明霞.活性炭孔徑分布和表面化學性質(zhì)對吸附影響的研究進展劉立恒.孔結(jié)構(gòu)和表面化學性質(zhì)對活性炭吸附性能的影響包