活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭甘氨酸改性用于VOCs吸附

　　隨著人類生活質量的不斷提高，在現代生活中烷烴、芳烴、酮、醛、酯、酸、醇、氯代烴等揮發性有機化合物(VOCs)正在大量排放。對生活環境都造成極大危害，因此，去除VOCs的技術成為關注的焦點。本期我們使用椰殼的活性炭通過浸漬甘氨酸(一種非極性脂肪酸氨基酸)進行改性。研究了該改性方法對活性炭理化特性和VOC吸附性能的影響，并與氨改性進行了比較。

　　甘氨酸是自然界中常見的21種氨基酸中比較簡單的一種，它是一種非極性酸性化合物，含有堿性(-NH2)和酸性(-COOH)官能團。據推測，用甘氨酸修飾活性炭會增加甲苯吸附量，原因如下：(1)甘氨酸是一種非極性化合物，它可以沉積在活性炭的多孔中以增強多孔的非極性;(2)甘氨酸能增加含氮基團，減少含氧酸基團，降低活性炭的極性;(3)甘氨酸的自縮合作用可以在活性炭表面形成多肽鏈，進一步增加了活性炭的非極性。這些現象不同于傳統的基本改性。傳統的堿性改性，如氫氧化鈉、氨水等，主要影響活性炭的孔結構和堿度。

　　甘氨酸改性活性炭的特性

　　TEM圖像活性炭的示于圖1(a-d)。與原始活性炭相比，甘氨酸改性活性炭表面有甘氨酸沉積圖1b和d，而氨改性活性炭的表面形貌保持不變圖1c，表明甘氨酸改性的機制不同于氨改性。

　　圖1：活性炭樣品的TEM圖像(a)原始活性炭，(b)7%甘氨酸改性活性炭，(c)5%氨改性活性炭，(d)5%氨和7%甘氨酸復合改性活性炭。

　　甘氨酸改性的活性炭的吸附性能

　　測試了選定的甲苯VOC對活性炭的吸附性能。在每個實驗運行中，甲苯通過裝有活性炭的吸附管直到達到平衡，即活性炭吸附劑被甲苯飽和。圖2(a)所示的穿透曲線呈現為甲苯吸附量吸附(ç/ç0)與接觸時間(噸，分鐘)六種的活性炭正在進行中，它們的飽和和突破吸附容量如圖2所示(b)。從吸附曲線可以看出，甘氨酸修飾的活性炭的穿透時間明顯延長，而飽和氨改性活性炭的時間延長。活性炭上甲苯穿透吸附能力的順序為10%甘氨酸改性活性炭>7%>5%>2%>5%氨改性活性炭>未改性活性炭>10%氨改性活性炭，而活性炭對甲苯飽和吸附容量的順序如下：5%氨改性>10%>7%甘氨酸改性>5%>2%>10%>未改性活性炭。可見甘氨酸修飾對甲苯吸附有顯著的正向影響。與原來的AC相比，甘氨酸改性的活性炭對甲苯的突破吸附能力分別提高了25%、50%、74%和147%，隨著甘氨酸濃度的增加呈上升趨勢。同時，甘氨酸改性的活性炭對甲苯的飽和吸附容量分別增加了15%、17%、25%和13%，且隨著甘氨酸濃度的增加先增加后減少。5%和10%的氨改性也提高了甲苯的吸附性能，但其優勢主要體現在飽和吸附容量上，與原來的活性炭相比，分別提高了47%和32%。

　　圖2：甲苯在活性炭上的突破曲線和相應的吸附能力。

　　結合活性炭的表征結果，推導了活性炭的理化特性與其甲苯吸附性能之間的關系。甘氨酸改性后甲苯突破吸附能力的顯著提高主要是由于表面非極性的增強。而氨改性后甲苯的優異飽和吸附能力可能部分歸因于改進的表面積和孔體積的孔結構。另一部分是氨改性提高了活性炭的表面堿度，pHpzc表面零電位點的增加，導致π-π色散力增加。

　　活性炭甘氨酸改性用于VOCs吸附中，通過用非極性酸性化合物甘氨酸浸漬來改性活性炭。研究了該改性方法對活性炭理化特性和VOC吸附性能的影響，并與氨改性進行了比較。甘氨酸改性更有利于降低活性炭的表面極性，而氨改性更有利于改善孔結構和增加π-π色散力。突破吸附能力10%甘氨酸改性活性炭的甲苯比原始活性炭和5%氨改性活性炭分別高出約147%和139%，這主要是由于甘氨酸改性后表面非極性增強。而氨改性后甲苯優異的飽和吸附能力可能部分歸因于改進的孔結構和增加的π-π分散力的孔結構。因此，提出了一種新的氨/甘氨酸復合改性方法，實現了對甲苯飽和吸附能力的進一步提高，同時保持了突破性的甲苯吸附能力的高水平。

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