TiO_2_活性炭催化剂对4_CP的吸附和光催化活性
第25卷 第5期2006年 9月
环 境 化 学
ENV I RONME NT AL CHE M I ST RY
Vol .25,No .5
Sep te mber 2006
2005年10月14日收稿.
T i O 2/活性炭催化剂对42CP 的吸附和光催化活性
徐
1,2
雷乐成2 周明华
2
(1 浙江林学院环境科技学院,临安,311300;2 浙江大学环境工程研究所,杭州,310027)
摘 要 采用常压金属有机物化学气相沉积技术在活性炭表面沉积构成纳米Ti O 2催化剂,XRD 分析表明,沉积在活性炭表面的Ti O 2为锐钛矿晶型.TE M 分析表明负载量为8%(wt )时,Ti O 2颗粒的粒径为10—
20n m;载体负载前后BET 面积仅改变了6%,表明负载Ti O 2后对活性炭的结构影响不大.利用Lang muir 2H inshel w ood 动力学模型探讨了Ti O 2/活性炭催化剂对42CP 的吸附行为和光催化活性之间的关系,求出42CP
降解反应速率常数K r ,在紫外光照条件下催化剂对42CP 的吸附明显增强.关键词 对氯苯酚,光催化,二氧化钛,活性炭.
活性炭是水处理中最常用的吸附剂,将钛酸丁酯(T BOT )液态汽化后,利用载气(N 2)通入反应室,与羟基化的活性炭表面的羟基等基团发生物理、化学吸附作用,再通过煅烧使吸附的前驱物生成Ti O 2沉积到活性炭表面,形成表面分布均匀的负载型纳米Ti O 2/活性炭光催化剂.该催化剂已经被证
明能够很好的应用于气、液相光催化系统.
本文选取对氯苯酚(42CP )作为模型污染物,研究负载型纳米Ti O 2/活性炭光催化剂的吸附和降解行为,并对42CP 的光催化反应动力学特征进行了探讨.
1 实验部分
111 催化剂的制备
将510g 颗粒状活性炭(AC,40—60目),在373K 下用610mol ?l -1HNO 3煮沸1h 以生成羟
基
[1]
,然后用去离子水洗净,干燥后放入石英反应器中,并在373K 用N 2干燥15m in;T BOT/N 2混合
物在298K 条件下反应2—12h;向反应器中通入30m in 的N 2以除去反应器中残留的部分前驱物;最后在氮气保护下煅烧3h .
称取011g Ti O 22AC 和110g 硫酸氨置于100m l 烧杯中,加入20m l 浓硫酸,加热沸腾5m in 至澄清,冷却、稀释、过滤、定容于100m l 容量瓶中;移取1m l 待测液于50m l 比色管中,依次加入5m l 浓硫酸和5m l 过氧化氢,定容于50m l 比色管.显色20m in,以空白液作为参比液,利用722紫外分光光度计在410n m 处测量吸光度,根据标准曲线求出负载量[2]
.
样品的BET 面积通过OMN I S ORP 100型物理化学N 2吸附仪测定.
112 催化剂的表征
XRD 用D /max 2RA 转靶X 射线多晶衍射仪测定,Cu K α射线(
λ=0115418nm ),扫描范围(2θ=20°—70°).纳米颗粒的形貌观察在日本JE M 22010HRE M 透射电子显微镜(TE M )上测定.113 吸附实验
配制1L 不同浓度的42CP 溶液,在恒定20℃且避光的条件下,分别通过改变催化剂的投加量、吸附搅拌速率以及42CP 初始浓度来进行负载型纳米Ti O 2/活性炭光催化剂对42CP 的吸附试验.该吸附过程是Ti O 2和活性炭共同吸附作用的结果.114 光催化降解42CP 试验
取110g 催化剂加入1000m l 反应器后,转子搅拌.反应器底部以恒定速率通入空气以保持溶液中
溶解氧浓度恒定.待到整个反应体系达到吸附平衡后,打开紫外灯(365n m ,112mW ?c m -2
),开始实
5期
徐 等:Ti O 2/活性炭催化剂对42CP 的吸附和光催化活性563
验,反应温度恒定20℃,42CP 浓度由高效液相色谱(K NAUER HP LC 21001)测定.
2 结果和讨论
211 晶型晶貌分析
不同条件下制备的负载型纳米Ti O 2催化剂的X 射线图谱如图1所示.由图1可以看出,煅烧温度为773K 时,出现的Ti O 2晶型为锐钛矿(2
θ=25128°),在此晶型结构下Ti O 2具有最高的光催化活性[3].
图1 煅烧温度对晶型的影响
●B lank AC ▲723K ?773K ■873K
F i g 11 The influence of calcining te mprature on titania phase
212 负载量对42CP 吸附的影响
从图2的TE M 分析可以看出,随着负载量的增加Ti O 2颗粒的粒径变大.负载量为8%时粒径在10—20nm 之间,而且分散均匀.负载量为18%时,由于颗粒堆积,粒径达到200nm.随着Ti O 2颗粒
变大,电子—空穴的复合几率增大,因此,降解效率减小.
图2 样品的TE M 形貌
F i g 12 TE M i m ages of Ti O 22AC
不同负载量的催化剂的比表面积如表1所示.从表1可以看出,随着负载量的增加活性炭的BET
面积逐渐减小,当负载量小于8%(wt )时,对活性炭结构影响不大(比表面积改变<6%),当负载量大于8%(wt )时,BET 面积急剧减小.当负载量太大时,由于大颗粒阻塞了活性炭的孔道,降低了活性炭的吸附能力,从而减小了Ti O 2与42CP 的接触,因此,降解速率减小[4]
.表1表明,负载量为
8%时其BET 表面积改变较小.
表1 不同负载量的Ti O 22AC 比表面积
Table 1 Surface area of Ti O 22AC as a functi on of l oading a mount
负载量/wt%
0481823BET/m 2?g -1
73114
70613
68812
61213
59416
564 环 境 化 学25卷
负载型纳米Ti O 2/活性炭光催化剂对42CP 的吸附过程十分迅速,从图3可以看出,在其它条件恒
定的情况下,催化剂对42CP 的吸附量随着催化剂投加量的增加而增加.当达到吸附平衡时,催化剂投加量愈大,吸附饱和值愈大. 选取1g 催化剂,在恒温20℃下负载型纳米Ti O 2/活性炭光催化剂对不同浓度42CP 的吸附如图4所示.从图4可以看出,随着42CP 初始浓度的增加,催化剂对42CP 的吸附量也不断增加,3h 后吸附达到平衡,当42CP 初始浓度增加到500mg ?l -1
以上时,催化剂平衡吸附浓度不再增加,说明此时催化剂达到最大饱和吸附量.
213 负载型纳米Ti O 2/AC 光催化剂对42CP 的光催化降解
图5是根据催化剂对不同初始浓度42CP 的光催化降解得出的初始反应速率R 0和初始反应浓度C 0
之间的关系图,从图5可以看出,当初始反应浓度C 0小于395mg ?l -1
时(Ti O 2/AC 催化剂对42CP 的吸附未达到最大饱和吸附量),初始反应速率R 0随着初始反应浓度C 0的增加而增加,同时随着初始反
应浓度C 0的增加,Ti O 2/AC 光催化剂对42CP 的饱和吸附量也不断增加,这说明Ti O 2/AC 光催化剂对42CP 的光降解是建立在42CP 在Ti O 2/AC 光催化剂上吸附的基础之上的.由此可以认为,Ti O 2/AC 非
均相光催化剂对42CP 的光降解是通过42CP 在催化剂上的吸附和?OH 共同作用完成的.图5中初始反应速率R 0趋于一最大稳定值,这是因为42CP 在Ti O 2/AC 光催化剂上达到最大饱和吸附量所致.214 Ti O 2/AC 非均相光催化剂对42CP 的光降解的动力学分析
Ti O 2光催化反应的动力学方程符合Lang muir 2H inshel w ood 模型[5]
,即降解反应过程中的中间产物
也参与了吸附竞争,反应速率可以表达为:
r =-
d C
d t =K
θ(t )=K r K b C 1+K b C +ΣK i C i
(1)
式中,θ(t )表示反应物在催化剂表面的吸附份额,K r 为表观反应速率,K b 为反应物吸附常数,C 为溶液中反应物浓度,C i 为中间产物浓度,K i 为中间产物吸附常数.
当ΣK i C i =0,且C =C 0时,则方程(1)可被替换为:
R 0=-d C
d t |t =0=K r θ(0)=K r K b C 01+K b C 0
(2)
对式(2)进行变形:
1
R 0
=
1
K r K b
?
1
C 0
+
1
K r
(3)
利用公式(3)对R 02C 0关系进行描述,结果如图6所示.线性相关系数r =01997,说明L 2H 方程能够较好的描述Ti O 2/AC 非均相光催化剂对42CP 的光催化反应动力学行为.
根据公式(3)对R 02C 0进行拟合,K r =36189mg ?l -1?m in -1,K b =010784L ?mg -1
.
对在L 2H 模式下吸附与光催化活性的关系,人们做了不少研究
[6]
,普遍结论是反应物主要通过
吸附在催化剂的表面而后发生降解,即反应物在催化剂表面的预吸附,其吸附份额与反应速率成正
5期
徐 等:Ti O 2/活性炭催化剂对42CP 的吸附和光催化活性565
比.理论上讲Lang muir 吸附等温式中K b 值应该是一个常数,取决于反应物种类和催化剂特性,在一
定反应体系中仅受温度影响而不随外界条件而变化.我们根据吸附等温线求出暗吸附条件下K b =010431L ?mg -1
,此K b 值小于光反应情况下从L 2H 方程导出的吸附常数.
Zhang [7]
等也发现曙红在
Ti O 2悬浆体系光催化反应时L 2H 方程导出的K b 值大于无光照时的K b 值.前后测出的K b 值差异表明在
负载型纳米Ti O 2/AC 光催化剂上,存在某种程度上属于非表面单分子吸附过程的光催化降解反应.我们认为,光催化反应时K b 值增加可能是由于“光吸附”现象的存在,即Ti O 2/AC 光催化剂在紫外光照射下对42CP 的吸附增强,对42CP 的吸附不完全是表面单分子吸附形式,而可能存在表面单位面积上多分子吸附,甚至可能是非表面吸附.
3 结论
采用常压金属有机物化学气相沉积技术在活性炭表面沉积纳米Ti O 2,煅烧温度为773K 时为锐钛矿,873K 时出现了金红石.随着煅烧温度的升高负载的Ti O 2催化能力明显降低,负载量为8%时,负载二氧化钛颗粒的粒径为10—20n m ,负载量为18%时粒径为200nm.BET 分析表明,随着负载量的增加,表面积减小.结果表明,负载量和煅烧温度是决定负载型Ti O 2光催化能力的关键参数.降解42CP 时,负载量为8%催化效果最好, 通过对42CP 在催化剂上的吸附行为和光照催化降解行为的分析,我们认为42CP 在催化剂上的光照降解是建立在42CP 在Ti O 2/AC 光催化剂上吸附的基础上,光照降解过程是42CP 在催化剂上的吸附和?OH 共同作用的结果,催化剂对42CP 的降解动力学方程符合L 2H 模式,通过L 2H 方程求出K b 为010784L ?mg -1
,光催化降解反应速率常数K r 为36189mg ?l -1
?m in
-1
,在暗吸附和光照条件下吸附
K b 值的差异说明在42CP 降解中存在某种程度上的属于非表面单分子吸附过程的光催化降解反应.
参 考 文 献
[1] Kaneko K,Ozeki S,I nouye K,M icr opore Filling of NO,S O 2,NH 3,and CO 2on α2Fe OOH D is pered Actived Carbon Fibers [J ].
Colloid and Polym er Sci .,1987,265∶1018—1026
[2] Pophal C,Ka meda F,Hoshino K et al .,Hydr odesulfurizati on of D ibenz othi ophene Derivatives over Ti O 2-A l 2O 3Supported Sulfided
Molybdenum Catalyst [J ].Catalysis Today,1997,39∶21—32
[3] 韩世同,习海玲,史瑞雪,半导体光催化研究进展与与展望[J ].化学物理学报,2003,16∶339—349
[4] Davis A P,Huang C P,Ads or p ti on of Some Substituted Phenols on Hydr ous CdS [J ].Langm uir ,1990,6∶857—862
[5] LengW H,L iu H,Cheng S A et al .,Kinetics of Phot ocatalytic Degradati on of Aniline in W ater Over Ti O 2Supported on Por ous N ickel
[J ].Photoche m.Photobio .A:Che m.,2000,131∶125—132
[6] Shuz o K,M itsuhir o J,Koji T et al .,Phot ocatalytic Degradati on of Some Methyl Perfluor oalkyl Ethers on Ti O 2Particles in A ir:The De 2
pendence on The Dark 2Ads or p ti on,The Pr oducts,and The I m p licati on f or a Possible Tr opos pheric Sink [J ].Environ .Sci .Technol .,
1999,33∶1071—1076
[7] Zhang F L,Zhao J C,Shen T et al .,Ti O 22A ssisted Phot odegradati on of Dye Pollutants II .Ads or p ti on and Degradati on Kinetics of Eosin
in Ti O 2D is persi ons under V isible L ight Irradiati on [J ].A ppl .Catal .B :Environ .,1998,15∶147—156
环 境 化 学25卷566
PHO TOCATALY T I C PERFO R M ANCE O F T i O2LOAD ED O N ACT I VE CARBO N(AC)O N D EGRADAT I O N O F42CP
XU Su1,2 L E I L e2cheng2 ZHOU M ing2hua2
(1 I nstitute of Envir onmental Technol ogy College,Zhejiang Forestry University,L in’an,311300,China;
2 I nstitute of Envir onmental Engineering,Zhejiang University,Hangzhou,310027,China)
ABSTRACT
The ads or p ti on characteristics of42CP on Ti O
/AC catalyst syste m have been investigated.The relati on2
2
shi p of the phot odegradati on of42CP and the ads or p ti on behavi or of42CP on Ti O2/AC catalyst can be described by the Lang muir2H inshel w ood(L2H)kinetics model.The ads or p ti on equlibriu m constant calculated by Lang muir ads or p ti on is other m s under dark ads or p ti on conditi ons is s maller than calculated by L2H kinetics model under UV2light phot odegradati on,which shows that the ads or p ti on of42CP on Ti O2/AC catalyst has increased when under UV2light phot odegradati on.
Keywords:tetrachl or ophenol,phot ocatalysis,titanium di oxide,active carbon.
《化学文摘》2005年引文频次最高的1000种期刊(中国部分节选)
中文刊名篇数CA排序中文刊名篇数CA排序
高等学校化学学报(英文版)159845环境化学161831
中国化学工程(英文版)139981化学通报249483
中国化学快报(英文版)402251化学学报380275中国化学(英文版)283409化学研究与应用158854催化学报164807化学与生物工程153890
分析测试学报159860结构化学261454
分析化学459214计算机与应用化学171764
分析科学学报244491中国化学会会志(英文版)159907
分析试验室275427理化检验:化学分册145937高等学校化学学报526174色谱206633
高分子材料科学与工程253473生物化学与生物物理进展150909光谱实验室336335石油化工172758光谱学与光谱分析462212无机化学学报324345硅酸盐学报312362物理化学学报259457
合成化学143951应用化学279420
化工学报314362有机化学214600
摘自《农业环境科学学报》2006年第4期,封二.
活性炭的功能化处理极大的影响钯碳催化剂活性
活性炭的功能化处理极大的影响钯碳催化剂活性 2016-07-26 14:01来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部 钯碳催化剂TEM和粒径分布图 活性炭由于具有较大的比表面积、丰富的孔道结构和良好的导电性能, 是一类燃料电池催化剂的理想载体. 常用的活性炭有乙炔黑、VulcanXC72、Vulcan XC72R、Black Pearls 2000 和Ketjen Black等. 大量研究表明, 活性炭表面的官能团一方面能够增强表面亲水性, 作为活性沉积中心促进金属前驱体在表面的吸附和沉积, 从而有效提高金属粒子的分散度和抑制粒子的团聚长大, 另一方面, 表面官能团与负载金属之间的相互作用能够改变金属粒子的表面电子状态, 从而影响金属催化剂的活性和稳定性. 因此, 对炭载体的功能化处理具有重要的实际应用价值. 目前, 对炭载体的功能化处理通常采用强氧化剂, 如HNO3、HNO3/H2SO4、H2O2, 或强碱如KOH等进行表面氧化和修饰以形成大量的羧基、羰基、酯基和羟基等含氧官能团. 然而, 此类强氧化处理一方面容易破坏活性炭的石墨结构, 造成电导率的降低; 另一方面也会导致活性炭的比表面积急剧减小, 金属粒子在载体表面分布不均, 出现团聚. 最近亦有研究者采用弱氧化性物质如柠檬酸、乙酸等修饰炭载体, 引入适量含氧官能团, 同时改善负载金属粒子的分散度, 从而提
高催化剂的催化活性. 此外, 在炭载体表面引入含氮官能团, 一方面能够产生可参与催化反应的活性位; 另一方面, 由于表面氮原子强的供电子行为和π-π共轭作用提供高的电子迁移率并显著影响载体的表面化学活性, 从而可以提高载体的电导率, 增强催化剂的长程稳定性. 近年来, 不少研究者尝试采用多种方法, 如用化学气相沉积(CVD)、NH3高温活化、固相反应、溶剂热反应和等离子体处理等在炭载体表面引入含氮官能团.Jiang等通过依次在HNO3/H2SO4和氨水中超声处理, 在纳米碳纤维表面引入含氮和含氧基团, 作为Pt纳米催化剂载体. 唐亚文等用氨水处理活性炭, 引入含氮基团, 用作Pd催化剂的载体. 常州大学石油化工学院曹剑瑜等人采用乙二胺四乙酸(EDTA)对活性炭进行功能化处理, 研究了其对表面基团、炭载Pd纳米粒子结构及Pd催化剂电催化性能的影响. 傅里叶变换红外(FTIR)光谱和X射线光电子能谱(XPS)表征表明, EDTA处理在炭表面引入了含氮基团. X射线粉末衍射(XRD)光谱、透射电镜(TEM)和电化学测试结果显示, 活性炭经EDTA处理后, 负载的Pd 粒子粒径虽有所增大, 但由于炭载体与Pd粒子相互作用的增强, Pd利用率增加, 催化剂对甲酸氧化的活性和稳定性均显著提高. 电化学阻抗谱(EIS)分析进一步揭示, 甲酸在该催化剂电极上的电氧化反应具有较低的电荷传递电阻.
一种改性活性炭的制备方法
一种改性活性炭的制备方法，黎福根，唐怀远Patents Publication number CN103043659 A Publication type Application Application number CN 201210548722 Publication date Apr 17, 2013 Filing date Dec 17, 2012 Priority date Dec 17, 2012 Publication number 201210548722.1, CN 103043659 A, CN 103043659A, CN 201210548722, CN-A-103043659, CN103043659 A, CN103043659A, CN201210548722, CN201210548722.1 Inventors 黎福根, 唐怀远 Applicant 湖南丰日电源电气股份有限公司 Export Citation BiBTeX, EndNote, RefMan Patent Citations (3), Classifications (1), Legal Events (3) External Links: SIPO, Espacenet 一种改性活性炭的制备方法 CN 103043659 A Abstract 本发明公开了一种改性活性炭的制备方法，所述改性活性炭是采用抑氢剂改性的活性炭；所述的抑氢剂为负载在活性炭表面的氧化铅；其制备过程是先使用活性炭吸附铅离子；再使用碱将铅离子沉积在活性炭表面；最后通过热处理使氢氧化铅分解成氧化铅，并负载在活性炭表面；活性炭、铅盐与碱通过球磨方法发生化学反应，然后在保护气环境下通过高温处理制备。本发明制备工艺简单，生产周期短，易于工业化生产，设备投资较少；绿色环保；应用广泛；能够增大活性炭的比电容。 Claims(2) 1. 一种改性活性炭的制备方法，其特征在于，所述改性活性炭是采用抑氢剂改性的活性炭；所述的抑氢剂为负载在活性炭表面的氧化铅；所述的改性活性炭的制备过程是：1.先使用活性炭吸附铅离子； 2.再使用碱将铅离子沉积在活性炭
活性炭的制作方法
活性炭的制作方法 郑州虹阳净水材料有限公司整理 活性炭电极材料的干法室温改性方法 活性炭电极材料的干法室温改性方法，利用滚压振动磨机作为改性设备;在惰性气体环境、干法和室温条件下按如下步骤进行：a)将滚压振动磨机置于手套箱中，封闭出料口，将待加工的活性炭样品由加料口加入磨机筒体内;b)用空气过滤网将磨机加料口封闭，再将整个手套箱封闭，利用真空泵将手套箱及振动磨机筒体抽成真空，然后充入惰性气体。抽气和充气应反复进行，直到整个手套箱中的气氛完全由惰性气体控制，并且与外部大气压平衡为止;c)根据原料的颗粒尺度和形貌，通过*机设定并控制所需的振动频率和研磨时间。本发明能优化活性炭的孔径分布，改善活性炭的结晶性和导电性，操作简便，能耗低，效率高，无附加污染和后续处理工艺。 活性炭电极材料的干法室温改性方法 活性炭电极材料的干法室温改性方法，利用滚压振动磨机作为改性设备;在惰性气体环境、干法和室温条件下按如下步骤进行：a)将滚压振动磨机置于手套箱中，封闭出料口，将待加工的活性炭样品由加料口加入磨机筒体内;b)用空气过滤网将磨机加料口封闭，再将整个手套箱封闭，利用真空泵将手套箱及振动磨机筒体抽成真空，然后充入惰性气体。抽气和充气应反复进行，直到整个手套箱中的气氛完全由惰性气体控制，并且与外部大气压平衡为止;c)根据原料的颗粒尺度和形貌，通过*机设定并控制所需的振动频率和研磨时间。本发明能优化活性炭的孔径分布，改善活性炭的结晶性和导电性，操作简便，能耗低，效率高，无附加污染和后续处理工艺。 高活性光催化的空气净化粉体材料及其制备方法与应用 本发明公开了一种在紫外、可见光和*辐射条件下都具有较好的光催化效果的空气净化粉体材料及其制备方法和应用，空气净化粉体材料为带有掺杂元素的纳米氧化钛包覆*米极性矿物电气石颗粒形成的纳米-*米复合粉体材料，所述掺杂元素为稀土元素或/和过渡元素，其中稀土元素为选自Ce、Pr、La、Sm、Eu、Nd元素的氧化物或硝酸盐中的一种或几种，所述过渡元素为选自Fe、Ag、Co、Cu、Zn元素中的一种或几种。本发明的空气净化材料在紫外、可见光和*波条件下都具有较好的光催化效果，光催化产生的· 含活性炭的球状颗粒复合材料及其制备工艺 本发明公开了一种含活性炭的球状颗粒复合材料及其制备工艺，该材料由含活性炭的内核与陶质薄膜层外壳组成。其制备工艺是：在活性炭、膨润土和凹凸*土中加入添加剂，制得内核;在膨润土和凹凸*土中加入添加剂，制得外壳材料，将外壳材料粘合于内核表面，高温烧结，得到球状颗粒复合材料。这种含活性炭的复合材料，表面为多孔状的陶质薄膜层外壳，该结构在确保活性炭吸附性能的同时，提高了材料的耐压性、耐磨性，可防止活性炭碎屑、粉末的掉落;同时，在使用一段时间后，用户可自行对材料进行脱附处理，恢复材料的吸附活性。该颗粒复合材料可应用于有*、有害气体的吸附去除。
活性炭吸附和脱附原理
活性炭吸附原理 1、依靠自身独特的孔隙结构 活性炭是一种主要由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔，1克活性炭材料中微孔，将其展开后表面积可高达800－1500平方米，特殊用途的更高。也就是说，在一个米粒大小的活性炭颗粒中，微孔的内表面积可能相当于一个客厅面积的大小。正是这些高度发达，如人体毛细血管般的孔隙结构，使活性炭拥有了优良的吸附性能。、 2、分子之间相互吸附的作用力 也叫“凡德瓦引力”。虽然分子运动速度受温度和材质等原因的影响，但它在微环境下始终是不停运动的。由于分子之间拥有相互吸引的作用力，当一个分子被活性炭内孔捕捉进入到活性炭内孔隙中后，由于分子之间相互吸引的原因，会导致更多的分子不断被吸引，直到添满活性炭内孔隙为止。 活性炭脱附的几种方法 （1）升温脱附。物质的吸附量是随温度的升高而减小的，将吸附剂的温度升高，可以使已被吸附的组分脱附下来，这种方法也称为变温脱附，整个过程中的温度是周期变化的。微波脱附是由升温脱附改进的一种技术，微波脱附技术已应用于气体分离、干燥和空气净化及废水处理等方面。在实际工作中，这种方法也是最常用的脱附方法。 （2）减压脱附。物质的吸附量是随压力的升高而升高的，在较高的压力下吸附，降低压力或者抽真空，可以使吸附剂再生，这种方法也称为变压吸附。此法常常用于气体脱附。 （3）冲洗脱附。用不被吸附的气体(液体)冲洗吸附剂，使被吸附的组分脱附下来。采用这种方法必然产生冲洗剂与被吸附组分混合的问题，需要用别的方法将它们分离，因此这种方法存在多次分离的不便性。 （4）置换脱附。置换脱附的工作原理是用比被吸附组分的吸附力更强的物质将被吸组分置换下来。其后果是吸附剂上又吸附了置换上去的物质，必须用别的方法使它们分离。例如，活性炭对Ca2+、C1-有一定的吸附能力，这些离子占据了吸附活性中心，可对活性炭吸附无机单质或有机物产生不利影响。因此，用活性炭吸附待分离溶液中的物质后，选用CaCl2作为脱附剂可降低活性炭对吸附质的吸附稳定性，从而达到降低脱附活化能的目的。 （5）磁化脱附。由于单分子水的性质比簇团中的水分子活泼得多，能充分显示它的偶极子特性，从而使水的极性增强。预磁处理能增大水的极性，这就能充分解释经过预磁处理后活性炭的吸附容量减小的现象。当磁场强度增大时，分离出的单个水分子越多，则阻碍作用就越大，从而吸附容量减小得也就越多。活性炭
催化剂载体活性炭相关资料
贵金属催化剂用载体活性炭 A、粉状活性炭：鑫森化工新开发的载体炭可达国际同类产品性能，活性高，具有大比表积面积(1500-2000 m2)和丰富的中孔容积，20-50 A。中孔容占总孔容的50%以上)和超纯特点，碳含量90-99%，灰份1-2%，适用于催化剂及催化剂载体（钯催化剂、钌催化剂、铑催化剂、铂催化剂），贵重金属回收及金刚石行业。已在国内数十家科研单位及使用厂家得已应用。100目，200目，325目过90%，40-100目可选 B、柱状活性炭：适用于附载钯Pd、铂pt、钌Ru、镍Ni等贵金属催化剂应用于石油化工加氢催化裂化反应、林产化工加氢催化反应、医药化工加氢催化反应及制冷剂/食品等行业，直径3mm、4mm可选，强度大于99.9%，高比例的中孔率20-100 A。中大孔容占总孔容的70%以上。 C、球形颗粒活性炭：适用于铂、钌等贵金属催化剂载体及制冷剂/食品等行业6-8目，颗粒状, 堆积密度=0.３０克/毫升，比表面积: 1750 平米/克，孔容积: 1.4 立方厘米/克，中孔率: >70%，吸附性能: 良好 D.椰壳颗粒载体炭:4-8目50-80目50-100目比表面积:1300cm2,2000cm2可选,中孔,大孔,微孔可调控. 贵重金属催化剂 适用于医药和化学工业中，石化行业催化剂载体（钯、铂、铑）对苯二甲酸加轻工艺，例如在合成噻吗心安、氟呱啶、合成甲苯二异氰酸酯，在己内酰胺精制松香加氢与歧化等反应均以活性炭载钯（钯炭）为催化剂。在精对苯二甲酸生产中，对苯二甲酸加氢精制除去其中的对羧基苯甲酸时也用活性炭载钯催化剂。 活性炭作为催化剂和催化剂载体活性炭重要用途之一是作催化剂载体和助催化剂，也可直接用作催化剂。 鑫森活性炭在催化剂载体上的应用如下： （1）异构化作用用镍—炭催化剂使植物油（如棉籽油、亚麻油、菜籽油等）异构化，从非共轭的油变成共轭的形式。 （2）氢化、脱氢和脱氢芳构化，环化及异构化作用：用载钯或铂的活性炭作催化剂可起到这种催化作用。 （3）烯烃的低压聚合作用用含镍、钴或它们的氧化物的活性炭作催化剂能使烯烃聚合。（4）合成纤维在维尼纶生产上用含醋酸锌的活性炭作催化剂，使乙炔和醋酸合成醋酸乙烯酯。 （5）松香再加工用含钯的活性炭作催化剂生产岐化松香和氢化松香等。 （6）合成氯乙烯用含二氯化汞的活性炭作催化剂，使乙炔和氯化氢合成氯乙烯。 鑫森活性炭作催化剂方面如： （1）制造过氧化氢用活性炭覆盖的多孔管作阴极，使从阴极上放出的氢同压入的氧作用生成过氧化氢。 （2）使硫化氢转化为元素硫活性炭能吸附硫化氢并使氧化成元素硫，以除去气体中的硫化
活性炭改性方法及其在水处理中的应用
活性炭改性方法及其在水处理中的应用 活性炭是用生物有机物质（包括煤、石油和沥青等在内）经过炭化、活化等过程制成的一种无定形炭。它具有多孔结构、巨大的比表面积、吸附容量大、速度快和饱和可再生等特点，能够有效地去除水中的臭味、天然和合成溶解的有机物、微污染物以及一些大气中的污染气体等，但是普通活性炭比表面积小、孔径分布不均匀和吸附选择性能差，故普通活性炭需要进一步的改性，满足实验和工程需要。现在常采用工艺控制和后处理技术对活性炭的孔隙结构进行调整，对表面化学性质进行改性，进而提高其吸附性能。 标签：活性炭；改性方法；水处理 活性炭是一种吸附性很强的环境友好型吸附剂，有很好的吸附性能和催化性能。活性炭的原料来源广泛并且具有很高的安全性和稳定性，具有耐酸碱、耐热、易再生等特点。实践表明，活性炭对水中溶解的有机溶剂有很好的吸附性能，对水质浑浊有明显的澄清作用，并且能够去除水中的异味、臭味等，还能够过滤水中的微生物，因此在水处理行业中有着非常广泛的应用。本文就活性炭的改性方法和其在水处理方面的应用进行了简述，旨在为活性炭及其改性产物在水处理行业中的应用提供一定参考。 1、活性炭的改性方法 1.1表面氧化改性 表面氧化改性是通过氧化剂对活性炭进行处理，从而使活性炭表面的官能团发生氧化，提高含氧的官能团（羧基、酚羟基、酯基等）数量，增强活性炭的亲水性能，即极性，增强对极性物质的吸附能力的改性方法，常用的氧化剂主要是双氧水、硝酸、臭氧、高氯酸等。其中硝酸的氧化性最强，能够产生许多的酸性基团，其他氧化剂则相对温和，可以用于调整活性炭的表面酸性。氧化改性后的活性炭材料表面几何形状更加均匀，并且使用不同的氧化剂能够得到韩阳官能团数量和极性不同的活性炭材料，其中，酸性含氧官能团含量的多少与氧化程度有很大的关系。 1.2 活性炭表面化学性质的改性方法 活性炭表面化学性质的改变主要是通过一定的方法改变活性炭表面的官能团以及表面负载的离子和化合物，从而改变其表面的化学性质达到活性炭的吸附能力的提高。活性炭表面化学性质改性方法可分为：表面氧化法、表面还原法、负载原子和化合物法、酸碱法等。在改性过程中常常联合不同的改性方法对活性炭进行改性，从而达到更好的改性效果。 1.2.1 表面氧化法
如何制作活性炭
现代农业以大量化肥代替原有农家有机肥的使用，以人工饲料代替农业废弃物饲料的使用，加之现代农业集约化和规模化的发展，打破了传统农业中废弃物的循环利用环节，结果造成了农业废弃物的大量积累，进而产生了较为严重的环境问题和资源浪费问题。因此，农业废弃物资源的合理利用已日益成为当前世界大多数国家共同面临的问题。国内外实践表明，农业废弃物的资源化利用和无害化处理，是控制农业环境污染、改善农村环境、发展循环经济、实现农业可持续发展的有效途径。 活性炭是一种具有特殊微晶结构、发达孔隙结构、巨大比表面积和较强吸附能力的含碳材料。其化学稳定性好，具有耐酸、耐碱、耐高温等特点。作为一种优良的吸附剂，人们对活性炭的应用开发研究越来越多。20世纪70年代前，活性炭在国内的应用主要集中于制糖、制药和味精工业：后来又扩展到水处理和环保等行业;20世纪90年代，除以上领域外，扩大到溶剂回收、食品饮料提纯、空气净化、脱硫、载体、医药、黄金提取、半导体等众多应用领域[1-5]。 2农业废弃物利用现状 农业废弃物(agriculturalresidue)是指在农业和林业生产与加工过程中产生的副产品、数量巨大、具有可再生、再生周期短、可生物降解、环境友好等诸多优点，是重要的生物质资源。主要有树皮、果壳、锯末、秸秆、蔗渣等。据有关资料，我国产生的农业废弃物按目前的沼气技术水平能转化成沼气3111.5亿
m3，户均达1275.2m3，可解决农村能源短缺。以农作物秸秆为例，将目前的6.5亿吨秸秆转化为电能，按1kg秸秆产生电1千瓦时计算，就具有产生6.5亿千瓦时电能的潜力;作为肥料可提供氮大约2264.4万吨、磷459.1万吨、钾2715.7万吨;作为饲料，仅玉米秸秆就能提供1.9～2.2亿吨。然而，目前我国农业废弃物的利用率却很低乃至没有利用。因此，农业废弃物一方面成为最大的搁置资源之一，另一方面又成为巨大的污染源[6]。 从资源经济学的角度上看，农业废弃物本身就是某种物质和能量的载体，是一种特殊形态的农业资源，蕴含着丰富的能源和营养物质。目前，随着石油、煤炭等不可再生资源的日益短缺，越来越多的国家特别是发达国家已经把农业废弃物等可再生资源的转化利用列入社会经济可持续发展的重要战略，以农业废弃物等可再生资源为原料制备工业新产品的研究引起了世界各国的关注。在我国，随着经济的迅速发展，开发利用农业废弃物资源，逐步补充或替代化石资源，是关系到我国社会经济可持续发展的重大问题。 3农业废弃物制备活性炭及其改性 目前活性炭制备原料的使用也是由木屑和木片到煤和各种 农林产品的充分利用。产品由单一品种向多品种发展：由低档活性炭向高档活性炭转变。农业废弃物制备活性炭的过程一般经过原料粉碎、压棒、炭化、活化、漂洗、烘干和活性炭粉碎等几个
竹质活性炭作为催化剂载体的研究
竹质活性炭作为催化剂载体的研究1 章健，马磊，张群峰，祝一锋 浙江工业大学工业催化专业，浙江杭州 (310014) E-mail：xnli@https://www.wendangku.net/doc/d05547255.html, 摘要：利用SEM、N2－物理吸附、联碱滴定法等表征手段系统比较了竹质活性炭和普通竹炭与其它材质活性炭在物理－化学等性质方面的异同，同时利用CO－化学吸附考察了这些材料作为催化剂载体对负载钯催化剂金属钯分散的影响。实验结果表明，竹质活性炭在比表面积、孔结构、灰份含量、表面基团等物理－化学性质方面都已具备作为催化剂载体的条件，显示出成为新的催化剂载体的潜力。 关键词：竹质活性炭；催化剂载体；物理－化学性质 中图分类号：O643 竹子在我国南方诸省有着广泛分布，其无性繁殖能力强、生长周期短、成林快、成材早、可持续发展等特点，使其具有重要的经济价值[1]。但目前对竹子利用还多停留在制作日用品和工艺品等初级阶段，近年来竹炭在家用吸附剂开辟了一个新的领域[2-3]，启迪我们将竹子的功能进一步延伸到催化剂载体领域[4]。 本研究系统比较了竹质活性炭和普通竹炭与其它材质活性炭在物理－化学性质方面的区别以及它们作为催化剂载体对负载钯催化剂金属钯分散的影响，从而为竹质活性炭拓展在催化剂载体领域的应用提供实验依据。 1.实验部分 1.1 活性炭载体物理－化学性质表征 竹质活性炭由杭州市竹子研究所提供，竹炭由宁波市冠峰竹炭有限公司提供（700℃下焙烧而成），木质活性炭由巩义市奥林滤材有限公司提供，煤质活性炭由唐山联合炭业科技有限公司提供，椰壳活性炭由山西祁县洪凯有限公司提供。 SEM采用Hitachi S-4700Ⅱ型扫描电子显微镜对样品进行扫描，工作电压15 kv。 样品的Brunauer-Emmett-Teller(BET) 比表面积及孔结构由NOV A 1000e型孔结构比表面积测试仪测定。样品经250℃脱气处理，在液氮温度下进行N2吸附测定。 灼烧残渣的测定按照GB/T 12496.11-90中规定的方法，在SX2箱式电炉中测定，即试样于800下灼烧至恒重，用所得残留物占试样质量的百分数表示灼烧残渣。 pH值的测定按照GB/T 12496.20-90中规定的方法，称取未干燥的试样2.5g，置于100mL 的锥形瓶中，加入不含二氧化碳的水50mL，加热缓和煮沸5min，补添蒸发的水，过滤，弃去初滤液5mL。余液冷却到室温后用PB-20酸度计测定pH值。 活性炭的表面基团测定采用联碱滴定法[4-5]。准确称取一定量干燥好的活性炭样品三份，分别用0.1N碳酸氢钠、0.1N碳酸钠、0.1N的氢氧化钠溶液浸泡样品，过滤后用0.1N盐酸标准溶液滴定碱液，计算每克样品消耗的碱量，即为活性炭的表面羟基、内酯基和表面羧基的含量。 1.2 负载钯催化剂的制备 称取一定量的活性炭和适量的水，在80℃下搅拌形成浆液，滴加化学计量比的H2PdCl4 1本课题得到浙江省科技厅项目（2004C21029）的资助。
活性炭的表面改性及其研究
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】。出现了对专用炭质吸附材料需求量越来越多的趋势。目前用传统工艺生产出来的活性炭只能识活性炭表面结构的基础上，采用某种可行的途径对其进行表面改性，从而达到实际应用的目的。现在的活性炭种类少，技术含量低，缺少功能化高品质专用的活性炭，【3-5】】 一、前言 与树脂、硅胶、沸石等吸附剂相比，活性炭具有许多独特且不可替代的特性。 活性炭吸附剂的优点 1、活性炭的表面特性活性炭具有的表面化学性质、孔径分布和孔隙形状不同，是活性炭具有选择性吸附的主要原因。 2、化学性质稳定、容易再生活性炭的化学性质稳定、能耐酸、耐碱，所以能在较大的酸碱度范围内应用；活性炭不溶于水和其他溶剂，能在水溶液和许多溶剂中使用。 3、催化性质活性炭作为接触催化剂用于各种异构化、聚合、氧化和卤化反应中。它的催化活性是由于炭的表面和表面化合物以及灰分等的作用。 4、有较发达的孔隙结构活性炭具有发达的孔隙结构，除了活性分子筛以外，孔径分布范围较广，具有孔径大小不同的孔隙，能吸附分子大小不同的各种物质。
浸渍改性活性炭脱除低浓度H_2S的研究
浸渍改性活性炭脱除低浓度H 2 S的研究① 秦 悦,张永春,陈绍云 (大连理工大学精细化工国家重点实验室,辽宁大连 116012) 摘要:研究了活性炭种类、浸渍剂种类及浓度、添加剂种类及浓度、反应温度六种因素对改性活性炭脱硫效果的影响,结果表明活性炭和浸渍剂种类是决定改性活性炭硫容量的关键因素。最优的改性活性炭脱硫剂组成是光华GH216杏壳活性炭负载7%Na OH浸渍液,并以1%的MC M241分子筛作为添加剂,这样制得的改性活性炭硫容量可提高200%以上。 关键词:活性炭;浸渍;硫化氢;脱硫;添加剂 中图分类号:T Q42411文献标识码:A文章编号:100727804(2009)0420020204 doi:1013969/j1issn1100727804120091041005 Re m ova l of H2S of L ow Concen tra ti on by Im pregna ted Carbon Q IN Yue,Z HANG Yong2chun,CHE N Shao2yun (State Key Laborat ory of Fine Chem ical,Dalian University of Technol ogy,Dalian116012,China) Abstract:The effects of such six fact ors as the variety of activated carbon,the i m p regnant and its p r oporti on,the additive and its a mount,the temperature of reacti on on the sulfur capacity of the i m p regnated activated carbon have been investiga2 ted.It is concluded that the pore structure of activated carbon and variety of i m p regnant are the key fact ors t o deter m ine the sulfur capacity.The best desulfurizing agent is composed of GH216activated carbon,7%Na OH as i m p regnant and1% MC M241as additive,and its sulfur capacity may i m p r ove more200%than common one. Key W ords:activated carbon;i m p regnated;hydr ogen sulfide;desulfurizati on;additive 硫化氢是一种有毒有害气体,它不仅会危害人身健康,而且还会在湿热的环境下腐蚀金属管道和设备。工厂排放的尾气及天然气里即使很少量的硫化氢也会造成环境污染,所以硫化氢的排除尤其是低浓度的硫化氢的排除是急需解决的问题[122]。利用活性炭作为催化剂将硫化氢催化氧化成单质硫而脱除,是一种有效而经济的脱硫方法。在活性炭中浸渍某些金属化合物作为改性剂,可以显著增强其催化活性,既降低脱硫温度,又可大大提高硫容量[325]。本实验采用浸渍法对活性炭进行改性的方法来提高脱硫效率。 1 实验部分 111 活性炭的改性 实验中选择碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液、碳酸钾溶液、氢氧化钾溶液和碘化钾溶液等作为浸渍液对活性炭进行改性[627]。首先用去离子水洗涤活性炭数次,然后将活性炭在去离子水中浸泡2h,在100℃下干燥12h,然后用一定浓度的浸渍液浸渍干燥好的活性炭2h,放入100℃的干燥箱内干燥12h,制得成品。 112 实验分析方法 实验结果分析是以每克活性炭所吸附的硫化氢的质量作为衡量硫容量(q)的标准,硫容量单位为mg/g,穿透硫容量的时间取出口硫化氢浓度为1×10-6的时间。硫化氢的检测采用上海天美科学仪器有限公司出品的GC7890FP型色谱,检测出口硫化氢浓度。色谱采用火焰光度检测器(FP D),气化温度为323K,检测柱温度为323K,检测器 第27卷第4期低温与特气Vol127,No14 2009年8月Low Te mperature and Specialty Gases Aug1,2009 ①收稿日期:2009205211
废气处理方案活性炭处理1
废气处理方案 无锡德尔迅实验设备有限公司 2018年5月14日 第一章概述 一、概况 业主实验室工作过程中有酸性废气、有机废气散发，这些气体影响了员工的工作环境和周边地区的居住环境，因此不能直排而污染大气层，为了改善这种状况，气体排放达到国家环保标准，该公司拟针对挥发性废气进行净化处理。 无锡德尔迅实验设备有限公司提供废气处理方案，供贵公司审核、选用。 （1）活性炭处理箱（抽屉式）尺寸：L3600*W1500*H1600（外径尺寸） （2）处理风量：23000≈30000风量、 （3）排放标准：处理完可以达到80%≈90% （4）可接受废气浓度90%以上 1、本项工程技术方案按废气挥发状况设计废气处理系统，同时对废气处理系统的设备和材料作选型。 2、合理性：全面规划，合理建设，统筹安排，充分考虑利用设施，使设施与格局和谐共存。根据技术成熟、经济合理的原则进行总体设计和单元设备设计，并充分注意节能，力求减少动力消耗，以节约能源，降低处理成本及运行费用。既要体现技术发展水平，又要脚踏实地立足厂情。 3、可靠性：采用技术可靠成熟的工艺；工程设计合理并留有余量；充分设置调节措施，工艺调节措施和配套措施；采用运行稳定可靠的设备，效率高，管理方便，维护维修工作量少；充分考虑冬季低温等各种不利因素下的系统稳定运行要求，设置必要的监控仪表，运行管理应结合实际，运行自动化，减少人为操作失误。监控仪表和自动化设备应维修维护方便。确保废气处理装置的稳定性和可靠性。 4、经济性：针对所有废气的特点和处理要求，进行各种高效处理设施的优化组合，以达到占地面积少、适用性强的目的，专用设备的选型进行充分比选，达到性能价格比的最优化，在保证质量和安全可靠的前提下，尽量降低系统造价和运行管理费用。充分发挥项目的社会效益、环境效益和
活性炭负载型催化剂的制备及其在渣油加氢中的应用
2011年第30卷第10期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·2209· 化工进 展 活性炭负载型催化剂的制备及其在渣油加氢中的应用 刘元东1，宗保宁2，赵愉生1，赵元生1，范建光1，郜亮2，温朗友2 （1中国石油天然气股份有限公司石油化工研究院，北京100195； 2中国石化石油化工科学研究院，北京 100083） 摘 要：渣油加氢工艺是一项重要的渣油深度转化技术，高性能渣油加氢催化剂的研发是其核心。本文介绍了一种新型渣油加氢催化剂——金属/活性炭负载型催化剂，从催化剂制备方法、反应活性、活性相等多个方面，阐述了其在渣油加氢中的应用研究情况。提出应该从增强催化剂机械强度、改进催化剂成型工艺、提高催化剂稳定性等方面改进催化剂的性能。 关键词：渣油加氢；活性炭；催化剂 中图分类号：TE 626.25 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2011）10–2209–06 Preparation of activated carbon supported catalysts and their application in residue hydroprocessing LIU Yuandong1，ZONG Baoning2，ZHAO Yusheng1，ZHAO Yuansheng1，FAN Jianguang1， GAO Liang2，WEN Langyou2 （1PetroChina Petrochemical Research Institute，Beijing 100195，China； 2Research Institute of Petroleum Processing，SINOPEC，Beijing 100083，China）Abstract：Residue hydroprocessing is a significant residue upgrading technology，and the development of catalysts with high performance is the core content. The latest research progress of activated carbon supported catalysts is introduced，including preparation method，activity and active phase. More attention should be paid to increasing mechanical strength，improving extrusion molding and keeping stability of catalyst in future research and development. Key words：residue hydroprocessing；activated carbon；catalyst 近年来，原油质量日益变差，轻质油品需求却逐年增加，因此，提高渣油的有效转化和利用，增加产品的附加值，具有重要的现实意义。渣油加氢技术，作为生产清洁油品的有效手段之一，开发与之配套的高性能加氢催化剂越发显得重要。渣油加氢催化剂的反应性能既取决于活性组分的固有催化特性，又与催化剂载体的性质密切相关。载体的比表面积、孔结构、表面酸性等对活性组分的分散度、活性组分与载体间的相互作用、反应物分子的扩散以及催化剂抗中毒能力有着重要的影响。目前，在渣油加氢领域中使用最广泛的载体是γ-Al2O3，γ-Al2O3力学性能好、价格低，但是其与活性组分间有较强的相互作用，导致活性金属硫化不完全，同时，γ-Al2O3表面积较低，不利于提高活性组分分散度，这些因素都限制了其在渣油加氢中催化反应性能的进一步提高。 目前，一种以活性炭为载体的新型渣油加氢催化剂以其独特的优势引起人们的广泛关注。活性炭是一种由不同大小的类石墨微晶构成的无定形炭，由于价格低廉，性质稳定，孔结构丰富，比表面积 收稿日期：2010-04-28；修改稿日期：2010-05-28。 第一作者：刘元东（1984—），男，博士。联系人：宗保宁，教授级高级工程师，研究方向为催化材料和反应工程。E-mail zongbn@https://www.wendangku.net/doc/d05547255.html,。
活性炭表面化学改性及应用研究进展
第8卷 第19期 2008年10月167121819(2008)1925463205 科 学 技 术 与 工 程 Science Technol ogy and Engineering Vol 18 No 119 Oct . 2008 Ζ 2008 Sci 1Tech 1Engng 1 化工技术 活性炭表面化学改性及应用研究进展 陈孝云 林秀兰 魏起华 林金春 欧水丽 (福建农林大学材料工程学院,福州350002) 摘 要 活性炭表面官能团的种类与数量决定了活性炭的表面化学性质,而化学性质决定了活性炭的化学吸附特性。通过改变活性炭表面官能团的种类与数量、消除某些基团或者负载增加活性中心,可以改善活性炭对特定吸附质的吸附能力。论述了活性炭表面化学性质的氧化、还原、酸碱、等离子体、金属负载和电化学等改性及其应用研究进展。关键词 活性炭 吸附 表面化学改性 表面化学性质中图法分类号 T Q42411; 文献标志码 A 2008年5月27日收到国家自然科学基金(30571461)、福建省科技 厅星火计划项目(3182)、福建省自然科学基金(2008J0225)、青年教师基金(08B20)资助 第一作者简介:陈孝云,男,硕士,讲师,研究方向:离子液体和炭材料。E 2mail:chenxy_dicp@1261com 。 活性炭因孔隙结构发达、比表面积大、表面官能团丰富、灰分含量低、化学性质(耐酸、耐碱、耐热)稳定、机械强度高、不溶于水和有机溶剂、可再生重复利用等优点,被广泛用于治理水体、空气、土壤等环境中有机、无机、细菌及尘埃等污染物 [1—3] 。 但由于活性炭品种少、技术含量低、缺少功能化高品质专用活性炭,制约我国活性炭行业迈向更高层次的应用 [3—5] 。将活性炭改性处理,研制出对污染物高效、深度净化的功能活性炭,是降低活性炭使用成本、扩大其使用范围、提高其利用效率的有效途径,是活性炭行业未来发展方向 [4,6] 。活性炭改性主要是通过一些物理、化学处理,改变其孔隙结构(如孔容、孔径大小与分布等);改变活性炭表面的酸、碱性;或者在活性炭表面引入或去除某些官能团使活性炭具有某种特殊的吸附性能和催化特性 [7—10] 。此外,采用不同的活化方法或不同的活化 剂也可以实现制备不同孔径分布及不同表面化学特性的活性炭 [11] 。目前,针对活性炭表面化学性质 改性的方法主要有氧化改性、还原改性、酸碱改性、等 离子体改性、金属负载改性和电化学改性等[8—15] 。 1 活性炭表面化学性质 活性炭的吸附特性不但取决于它的孔隙结构,而且取决于其表面化学性质,表面化学性质决定了活性炭的化学吸附 [9] 。化学性质主要由表面的化 学官能团的种类与数量、表面杂原子和化合物确定,不同的表面官能团、杂原子和化合物对不同的吸附质的吸附有明显差别 [16] 。因此对活性炭表面 化学结构进行化学改性,使其吸附具有更高的选择性具有重要的意义。活性炭表面官能团一般分为含氧官能团(图1)和含氮官能团(图2);含氧官能团主要有羧基、酚羟基、羰基、内酯基及环式过氧基等,含氮官能团可能存在形式有两类酰胺基、酞亚胺基、乳胺基,类吡咯基、类吡嘧啶基等 [11—13] 。 图1 活性炭表面含氧官能团
改性活性炭2
1 活性炭的表面官能团 活性炭的表面化学性质决定了其化学吸附特性。化学性质主要指活性炭表面的化学官能团,可分为含氧官能团和含氮官能团;含氧官能团又可分为酸性含氧官能团和碱性含氧官能团:酸性基团有羧基、酚羟基、醌型羰基、正内酯基及环式过氧基等,碱性氧化物普遍认为是苯并噁口英钅翁的衍生物或类吡喃酮结构基团。酸性氧化物使活性炭具有极性的性质,有利于吸附各种极性较强的化合物;碱性化合物易吸附极性较弱或非极性物质。 2 活性炭的表面改性 化学官能团作为活性中心支配了活性炭表面化学性质,而活性炭表面官能团的数量和种类主要是由生产活性炭的原材料所决定,从而对成品活性炭进行改性处理以改善其吸附性能就有一定的意义。活性炭表面化学性质的改性可以从氧化改性、还原改性、酸碱处理改性、负载金属改性、酸碱改性等方面进行。下面分别加以论述: 2. 1 氧化改性 一般活性炭属于非极性物质,由于它的疏水性,使它可以在水溶液中有效吸附各种非极性有机物,但吸附溶液中具有一定极性的亲水性的溶质就有困难。天然有机物中的非腐殖质物质包括碳水化合物质、蛋白质、肽类、氨基酸、脂肪和色素等许多低分子量有机物以及藻类有机物等。一般说来,这类有机物易被微生物分解。近年来的研究表明,消毒副产物相当一部分是来自水中的非腐殖质部分的天然有机物,按DOC 计算,与腐殖质部分的天然有机物形成的消毒副产物相比,二者比例相当。而这部分物质在常规处理工艺中的去除作用较弱,因此可以通过改变活性炭表面碱性和酸性基团的含量,从而对活性炭进行氧化处理以提高对此类物质的吸附能力。氧化改性主要是利用强氧化剂在适当的温度下对活性炭表面的官能团进行氧化处理,从而提高表面含氧基团的含量,增强表面的极性。表面极性较强的活性炭易吸附极性 物质,从而可以达到吸附回收或废水处理的目的。当前对活性炭氧化改性研究主 要以硝酸氧化改性为主,此外针对过氧化氢和次氯酸的研究也较多。对活性炭进行氧化改性处理可使其化学性质和微孔结构同时发生改变,缓和的氧化改 性处理可使活性炭表面的含氧集团增多,结构的微孔变化不大,吸附性能变化也不大;强氧化改性则使其微孔结构遭破坏,过渡孔系增多,吸附性能明显降低。活性炭经氧化处理后,表面酸性基团大量增加, 表面亲水性增强, 零电点p H(p Hpzc) 值降低,而硝酸氧化同时可导致活性炭的结构塌陷,比表面积降低,过氧化氢对纤维活性炭(ACF) 有一定的活化作用。氧化改性可增强活性炭对CO2，SO2。、苯、金属离子等极性较强的物质的吸附,但减弱了对苯酚、腐殖酸等有机物质的吸附。王琳发现利用强氧化剂对活性炭进行改性,改变了活性炭表面官能团的性质,使原来具有催化还原能力的官能团,改性为具有氧化能力的官能团,从而抑制了活性炭中亚硝酸盐的形成,使出水中亚硝酸盐浓度从未改性活性炭的2 . 0mg/ L 降低为改性后的0. 01mg/ L 改性后活性炭的吸附性能有不同程在硝酸改性过程中,活性炭的孔隙结构在破坏的同时也不断生成,改度的升高和降低,应根据活性炭的应用领域选择不同的改性工艺。与市售活性炭比较,改性活性炭的碘吸附值总体下降,说明硝酸改性对活性炭的微孔结构产生破坏。随着温度的升高和处理时间的延长,改性活性炭 的吸附性能总体呈先升后降的趋势。在本实验条件下,硝酸改性活性炭的较
活性炭负载催化剂在有机合成中的应用
龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/d05547255.html, 活性炭负载催化剂在有机合成中的应用 作者：杨荣 来源：《科学与财富》2016年第21期 摘要：为了探讨活性炭负载催化剂在有机合成中的应用，并展望其未来发展前景。故而以二氧化硅负载高氯酸为例，针对其Hantzsch反应、Mannich反应等的催化作用及其与高烯丙基胺的合成等展开分析。结果证实二氧化硅负载高氯酸合成性质稳定，可长时间保持其催化活性，其操作简单、产率较高，在新型化合物制备中能够发挥重要作用，且满足绿色合成标准，将成为未来有机合成的主要方式。 关键词：活性炭；催化剂；有机合成 引言 随着生态理念的不断深化，化学合成领域的绿色发展趋势也逐渐明显，采取环保型催化剂视为未来有机合成的主要方向，二氧化硅负载高氯酸（HCIO4/SiO2）的催化作用强、分离性好、成本较低且制备简单，对环境无污染，可循环[1-3]。其应用领域十分广泛。 一、HCIO4/SiO2的有机合成 1、生物柴油 生物柴油（Biodiesel）是以油料作物和垃圾食用油为原材料，通过热化学工艺所制备出来的人工混合能源，属于生物质能，具有环保、可再生特点和较好的润滑性，含硫较低。在船舶、卡车以及农用机械中得到广泛应用。HCIO4/SiO2以其较强的催化活性，生物柴油的酯交换中发挥重要作用。构成最佳催化反应的条件如下，乙醇及大豆油以8：1的比例调配，以大豆油质量为标准，量取5%的催化剂，同时量取正庚烷30%。以8h时长为标准，控制回流反应，最终可获得高达59.8%的生物柴油。 2、酰胺烷基萘酚 此类化合物一般被用作磺胺类药物的制作，发挥中间体作用，可制备精细药品，而 HCIO4/SiO2在其中所发挥的作用则是对β-萘酚以及乙腈等进行催化，催化过程一般采取一锅法，将反应物乙腈同时作为反映的溶剂。因此，乙腈用量需超过标准量。加入硝基苯甲醛后，裔2h时长为标准，对反应时间进行控制，最终可获得89%的产率。 3、α-氨基磷酸酯