果殼活性炭的表面化學特性及其改性@-21

2 果殼活性炭的表面化學特性及其改性
2.1 果殼活性炭的表面化學特性
果殼活性炭吸附能力的強弱不但取決于它的孔隙結構，而且取決于其表面化學性質，表面化學性質決定了果殼活性炭的化學吸附。表面化學性質的不同對果殼活性炭的酸堿性、吸附選擇性、催化特性及電化學性質等都會產生很大的影響。因此果殼活性炭的表面化學性質的研究也受到了人們的高度重視。
由于碳固體表面原子不飽和性的存在，它們將以化學形式結合碳成分以外的原子和原子基團，形成各種表面功能基團，因而使果殼活性炭產生了各種各樣的吸附特性。果殼活性炭中主要存在的、對其吸附性能產生有影響的化學基團主要是含氧官能團和含氮官能團。
含氧官能團的來源一般為原料的炭化不完全或者是在活化過程中果殼活性炭與活化劑進行化學反應結合在表面上而形成的。Boehm等[14]經過研究指出：在果殼活性炭材料表面可能存在下面含氧官能團：羧基、酸酐、酚羥基、羰基、醌基、內酯基、乳醇基、醚基。Kienle等[15]已經成功地測定了這些官能團的化學結構。
2.2 表面化學性質的改性
果殼活性炭材料的表面化學性質改性就是指通過一定的方法改善果殼活性炭材料表面的官能團及其周邊氛圍的構造，使其成為特定吸附過程中的活性點，可以控制其親水/憎水性能以及與金屬或金屬氧化物的結合能力。目前，果殼活性炭表面化學性質的改性主要在氧化改性、還原改性和負載金屬改性等方面進行。
2.2.1 表面氧化改性
表面氧化改性主要是在適當的條件下利用合適的氧化劑對果殼活性炭材料表面的官能團進行處理，從而提高表面含氧官能團的含量，增強表面對極性物質的吸附能力。目前的熱點主要集中在通過氧化提高表面酸性基團上，特別是通過HNO3等氧化劑對果殼活性炭表面進行氧化改性，提高表面酸性氧化物的含量，從而相應提高其親水性即極性。
Morwski等[16]采用硝酸對酚基合成炭進行處理。結果表明:處理后的果殼活性炭對三鹵甲烷（THMs）的吸附性能大幅度提高。
Vinke等[17]采用硝酸、次氯酸和氨對果殼活性炭進行改性處理。HNO3是最強的氧化劑，可產生大量的酸性表面基團，而次氯酸的氧化性比較溫和，可調整果殼活性炭的表面酸性至適宜值。經氧化改性的果殼活性炭再經較低溫度下(200 ℃)的氨處理，可得到具有較強離子交換性能的堿性表面。
S.Haydar等[18]利用由橄欖石為原料制備的果殼活性炭進行硝酸和次氯酸鈉氧化改性。經DTP-MS檢測表明，氧化改性引入了大量的含氧官能團。使用原料果殼活性炭、氧化改性果殼活性炭和經除氣處理的改性果殼活性炭對P－硝基酚(PNP)進行吸附實驗。結果表明，在低濃條件下具有很好的吸附效果。經分析表明對于苯酚取代物，果殼活性炭表面羰基官能團是首要的化學吸附位。
Park等[19]針對性地利用30%HCl和NaOH處理果殼活性炭，提高其對NH3和CO2氣體的吸附。對果殼活性炭的表面氧化改性主要通過果殼活性炭與氧化性氣體(如O3，NOx和CO2等)或氧化性溶液(如HNO3，KClO3和H2O2)進行反應產生酸性基團。
唐乃紅等[20]用烏桕籽殼制得的果殼活性炭通過高溫氧化和化學改性處理，得到的果殼活性炭表面基團發(fā)生了變化，改性果殼活性炭含氧官能團數量比未氧化處理的增加1倍左右。
白樹林等[21]將商品果殼活性炭在丙酮中浸取4 h，在120 ℃下烘干，然后分別用HN03(1:1)，3%H202，10%Fe(N03)3·9H20在沸騰溫度下進行氧化改性。結果表明，經不同氧化劑氧化處理后得到的果殼活性炭均有較高的陽離子交換容量。用HN03(1:1)氧化處理的果殼活性炭在300～400 ℃下進行熱處理，其表面可產生較多的酸性基團，獲得較高的陽離子交換容量，對重金屬離子Cr3+有較高的吸附交換能力。
王重慶等[22]研究了用H202和HN03加醋酸銅溶液進行表面改性后的果殼活性炭對CO2的吸附性能，分析了改性前后果殼活性炭的表面化學性質。研究發(fā)現，通過氧化改性果殼活性炭的表面酸性官能團含量增加，從而引起果殼活性炭表面的極性變化，進而影響在果殼活性炭表面的特征吸附能。改變果殼活性炭的表面特性，提高果殼活性炭表面極性對吸附CO2有促進作用。 鞏義市東方凈水材料有限公司，是繼鞏義市東方給排水材料廠的基礎上改制的新型股份制企業(yè)。二十多年來公司本著“追求品質；盡善盡美”的企業(yè)經營理念，不斷開發(fā)聚合氯化鋁等凈水藥劑，擴大企業(yè)規(guī)模，生產設備一流，技術力量雄厚。產品已有聚合氯化鋁擴展到環(huán)保填料等六大系列，三十多個品種。質量優(yōu)于國內同行業(yè)之首，它適用于各種過濾器、離子交換器、無閥濾池、虹吸濾池、移動式供水設備及微濾、超濾、反滲透、游泳池、海水淡化等水處理設備，是自來水公司、污水處理廠、造紙、制藥、釀造、電力、冶金、ú氣、紡織、印染、石油、化工行業(yè)的理想產品，用戶遍布全國20多個省、市及出口東南亞國際市場。
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