文獻(xiàn)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(xué)、電化學(xué)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(jìn)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(xué) 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(dá)，比表面積很大(1500m2/g以上)，吸附能力很強(qiáng)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。活性炭主成分除了碳以外還有氧、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(xì)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(dú)特且不可替代的特性，即高度發(fā)達(dá)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(tuán)； 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(kuò)大?；钚蕴繎?yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大對其性能提出了更新、更高的要求，在“高吸附、多功能、高強(qiáng)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(kuò)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(rèn)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(jìn)行表面改性，從而達(dá)到實(shí)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(diǎn)，加上其表面官能團(tuán)及電化學(xué)性質(zhì)的一些限制，使其對污染物的吸附去除作用有限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jìn)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(dāng)吸附質(zhì)分子遠(yuǎn)小于、小于或約等于活性炭孔直徑時，吸附質(zhì)分子進(jìn)入活性炭表面的孔內(nèi)，從而達(dá)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(xué)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(dāng)，從而提高其吸附能力。可以通過控制輕度活化程度來開孔和擴(kuò)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(xué)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(xué)活化劑。常用的活化劑有堿金屬、堿土金屬的氫氧化物、無機(jī)鹽類以及一些酸類，目前較成熟的化學(xué)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(xué)性質(zhì)的改性活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)主要由表面的化學(xué)官能團(tuán)、表面雜原子和氧化物決定，其決定了活性炭的化學(xué)吸附。活性炭的表面化學(xué)官能團(tuán)有含氧官能團(tuán)和含氮官能團(tuán)，含氧官能團(tuán)又分為酸性含氧官能團(tuán)和堿性含氧官能團(tuán)。酸性含氧官能團(tuán)使活性炭具有極性的性質(zhì)。因此，僅限于吸附極性較強(qiáng)的化合物。而堿性含氧官能團(tuán)易吸附極性較弱或非極性物質(zhì)?；钚蕴勘砻婊瘜W(xué)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。活性炭的表面化學(xué)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(tuán)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(diǎn)，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(xué)性質(zhì)的改性可以通過表面氧化改性、表面還原改性、負(fù)載金屬及化合物改性、低溫等離子體改性、酸堿改性等進(jìn)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(jìn)行改性，從而達(dá)到更好的改性效果?；钚蕴康谋砻婊瘜W(xué)性質(zhì)改性主要包括表面氧化改性、表面還原改性、負(fù)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(xué)性質(zhì)的改性活性炭的電化學(xué)性質(zhì)同時決定了物理吸附和化學(xué)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(qiáng)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(xué)改性是指利用微電場，使活性炭表面的電性和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，從而提高吸附的選擇性和吸附性能。活性炭吸附量隨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(qiáng)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(jī)溶劑、易再生等優(yōu)點(diǎn)，對水中溶解的有機(jī)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(qiáng)的吸附能力，而且對用生物法和其他化學(xué)法難以去除的有機(jī)污染物，如色度、亞甲基藍(lán)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(jī)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(qiáng)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(xì)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(jī)理有效去除水中的有機(jī)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(xiàn)：林信惠.表面化學(xué)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(jìn)展范明霞.活性炭孔徑分布和表面化學(xué)性質(zhì)對吸附影響的研究進(jìn)展劉立恒.孔結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)對活性炭吸附性能的影響包