活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　活性炭吸附去除甲醛簡述

　　甲醛是一種常見的室內污染物，來自各種裝修材料，會對人體健康產生不利影響。為了去除室內空氣中的甲醛，活性炭已被用于吸附室內空氣中的甲醛，由于其低運營成本，這在商業上是可行的。并且活性炭還具有高表面積而具有高吸附親和力，還可以通過表面改性而變得多樣化。對傳統吸附劑，特別是活性炭的改性，被認為可以在實際應用中實現有效的甲醛去除。本次研究通過胺化對活性炭進行表面改性以吸附去除室內空氣中的甲醛。

　　交流表面化學改性的方法

　　通常，活性炭會表現出良好的吸附性能和機械穩定性。除了表面積和孔特性等物理性質外，用于活性炭表面改性的表面官能團對活性炭的吸附能力也起著重要作用。當我們考慮甲醛在活性炭表面上的直接吸附時，活性炭的疏水表面是不利的。然而，活性炭的表面改性可以使活性炭有效地吸附親水性脂肪酸。因此，可以通過表面改性來增強活性炭的吸附性能，這可以通過三種方式來實現：酸或堿處理、親水化學品浸漬和接枝與活性炭表面連接的親水官能團。

　　考慮到第一種選擇，在活性炭表面上支撐酸性或堿性官能團的改性已被廣泛評估。通常，活性炭的表面化學取決于其表面官能團中O、N、S和H的存在。支持硫或鹵素改性的球型活性炭比原始活性炭具有更好的吸附能力的證據。當我們考慮有效去除甲醛時，Brønsted酸性或堿性位點的氧官能團以及含氮官能團可能是甲醛吸附的最重要位點。Langmuir模型的吸附等溫線也支持這一點，該模型被發現適用于表面改性活性炭上的甲醛吸附。因此，修飾活性炭的表面官能團是設計表面化學的關鍵策略。

　　圖1：活性炭表面浸漬苯胺的概念圖。

　　考慮第二種選擇，可以在存在氮源(例如NH3、HNO3等)的情況下通過熱處理在活性炭框架中引入含氮官能團作為摻雜劑。此處使用的術語摻雜劑是指浸漬到活性炭表面結構中并形成物理鍵的活性化學物質：范德華鍵和氫鍵。圖1顯示了苯胺在活性炭表面結構中的概念浸漬。在其他地方可以看到類似的概念圖。苯胺和活性炭表面之間的這些物理鍵可能比化學鍵弱得多，但這些鍵仍然足以將摻雜劑保持在活性炭表面結構內，而不會在吸附過程中分離。摻雜劑安全地位于具有基本特性和表面極性(π-電子)的交流表面結構內。其他含氮官能團包括-NH2、-NH、-C=N和-CN。值得注意的是，-NH2(胺官能團)歸因于通過共價鍵的胺-醛共軛，并顯示出增強的甲醛吸附能力。這種含氮官能團對吸附劑上的水分子具有很強的親和力。此外，氧化和硫化可以通過增加官能團(如-OH、-COOH、-C=O、-CO、-CS、-C=S和-S=O)來成功改性活性炭表面。通過活性炭胺化去除甲醛的機制概念如圖2所示。

　　圖2：胺類在活性炭上對甲醛的作用機制。

　　活性炭吸附甲醛的工業應用

　　活性炭的多樣化商業化促使人們對目前在活性炭表面改性方面去除甲醛的技術進行了審查。在這些修飾中，胺化被廣泛用于去除低濃度的甲醛。常規方法是通過將胺官能團浸漬和/或接枝到活性炭表面上來實現胺化。胺官能團參與甲醛的吸附。在嫁接的情況下，胺官能團與活性炭表面的固有官能團反應形成化學鍵。在此，羧基作為活性炭表面的代表性官能團，用于演示與各種胺類化學品的胺化反應。在考慮活性炭的商業應用時，必須考慮有毒化學品的結果。特別是，胺化反應是由有毒的胺化合物引起的。因此，毒性較小的胺源是必要的并且被推薦。我們根據毒性/無毒性對胺源進行分類(特別是，胺化反應是由有毒的胺化合物引起的。因此，毒性較小的胺源是必要的并且被推薦。我們根據毒性/無毒性對胺源進行分類，特別是，胺化反應是由有毒的胺化合物引起的。因此，毒性較小的胺源是必要的并且被推薦。我們根據毒性/無毒性對胺源進行分類。此外，交流電在工業中的應用一直受到安全工作環境的限制。代表性問題包括粉塵(爆炸)和處理可行性。為了克服這些問題，需要新型交流電。例如，推薦使用具有更高抗壓強度和流動性的活性炭。在這方面，也開發了一種具有高表面積、高抗壓強度，流動性平均粒徑小于1mm。具有這些物理特性的活性炭有望成為傳統炭更安全的替代品。特別是這種珠型活性炭的應用將有利于甲醛排放量高的行業，例如木材(家具)加工行業。此外，由于珠型活性炭的流動性，它可以有效地用作室內環境的凈化劑，具有加工性。這種類型的活性炭可以很容易地進行吸附和解吸操作，從而使其可以回收利用(圖3)。

　　圖3：珠型活性炭回收過程的概念圖。

　　活性炭吸附去除甲醛簡述，對于去除甲醛對于保持室內環境中的清潔空氣很重要。在甲醛去除選項中，活性炭吸附因其經濟應用而具有吸引力。在水分存在的情況下，甲醛的吸附能力似乎很復雜。活性炭表面的水吸附和甲醛吸附之間的競爭似乎是一個復雜的因素。回顧并強調了對活性炭表面的化學改性，特別是通過在表面引入胺官能團來提高吸附能力。通過胺化對活性炭進行表面改性是提高去除甲醛吸附能力的重要策略。此外，還提出并討論了活性炭應用中胺化的物理制造和安全處理選項。精心設計的具有高表面積、分布良好的微孔和機械硬度的活性炭可以獲得更好的性能。

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