活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　正戊烷類的揮發性有機化合物來自樹脂，顏料，油漆，油，染料，化妝品和清潔產品配方中的溶劑成分，是構成汽油的碳氫化合物的一部分。VOCs中包括烷烴，烯烴，醇類，醛類，醚類和羧酸類，當它們被分解成試劑時，它們與大氣中的其他雜質結合產生臭氧，臭氧是光化學煙霧形成的前體。因為臭氧是標準污染物所以有去除的必要。這次我們研發了幾種改性活性炭，并使用X射線評估衍射和多孔結構的分析來測試幾種活性炭的化學表面，以及堆疊的炭結構的對正戊烷吸附容量的影響。

　　活性炭是在工業中常用的材料，大多用于治理水污染和氣體污染�；钚蕴康奈�附能力與其多孔結構和化學表面有關。所以我們這次從活性炭的化學表面入手研發了幾款活性炭產品，分別通過在中等溫度下用65%的硝酸溶液和85%的磷酸溶液浸漬來改性活性炭，這些通過分別增加酸基團數和磷酸基團交聯來改變活性炭的表面化學和多孔結構。用硝酸處理過的活性炭已提交給回流在濃溶液的氫氧化銨，以引入氮氣通過形成活性炭結構的雜原子的酰胺，胺吡啶，吡咯和季氮基團等。另外，原始活性炭在氮氣氛中在三種不同溫度下碳化，以減少表面上的氧化基團含量。再經過儀器分析來處理我們想要的這些活性炭的晶體結構，同時確定晶體結構的變化如何與正戊烷的吸附關系。

　　測試正戊烷吸附的方法

　　活性炭吸附正戊烷是在實驗室中建立的分選計中進行的(圖1)，其基于容量法操作。最初，活性炭樣品脫氣至5.65×10-3 mbar。對于正戊烷吸附，將其在平衡罐中以70℃中進行氣相加熱。隨后，通過打開將平衡罐和電池與樣品連接的閥門，將氣相中的正戊烷注入樣品架中的活性炭上。吸附的正戊烷的量由每次注入后獲得的初始壓力和壓力平衡之間的差值確定。在活性炭上進行正戊烷吸附直至正戊烷在操作溫度下的飽和壓力。

　　活性炭的結構分析

　　使用X射線衍射對活性炭微觀結構分析，確定從在20°和30°2θ之間觀察到的衍射峰堆疊的芳族層的數量，其對應于活性炭的平面c1c中的002反射。紋理分析中圖2顯示了樣品活性炭，硝酸浸漬活性炭，800度炭化后的活性炭和1000度炭化后的活性炭的N2在77K的吸附等溫線。在這里，可以看出所有的活性炭對應于微孔固體，具有小的磁滯回線，相對壓力高于0.35，表明由于兩者之間的差異。

　　值得注意的是，在碳化樣品在800度和1000度的情況下，微孔體積和表觀積S BET均增加，這表明碳化允許進入被封閉的微孔結構，而在較高溫度下的碳化會導致表面積和多孔結構的損失，這可從這兩種活性炭吸附劑獲得的值得到證明。

　　活性炭的吸附性能

　　正戊烷在不同活性炭上的吸附等溫線如圖3所示。需要說明的是，吸附的正戊烷量與低壓相對壓力值小于0.1時的壓力成比例地增加。在相對壓力值在0.1和0.4之間時，等溫線相對于相對壓力軸是凹的，表明正戊烷單層吸附達到其最大點，并且高于該壓力，吸附的增加低于相對壓力增加。這種行為已經被不同的模型描述，其中Langmuir是常用的模型之一。這意味著最大吸附對應于飽和單層吸附質分子吸附在表面上的特定位置，在這方面，所有站點都在能量上相當。

　　圖4中顯示的SEM圖像顯示用HNO 3和NH 4 OH進行的改性對活性炭表面具有腐蝕作用，這在活性炭樣品的無定形結構的外觀中得到證實。在1000度炭化的活性炭樣品圖像中，可以觀察到碳化有利于有序結構的增加，這與上面顯示的X射線衍射分析獲得的結果一致。

　　根據上面的一系列測試可以得出結論，浸漬的活性炭到中等溫度的濃縮溶液硝酸與磷酸和回流用預氧化樣品的濃縮的氫氧化銨溶液，以及800、900和1000℃的碳化溫度，改變了無定形結構，晶體結構，孔隙率，表面積和活性炭的正戊烷吸附能力。用磷酸溶液浸漬通過活性炭表面上的磷酸酯基團的交聯堆積N而產生芳香族層數的增加。因此，結晶結構，表面積和吸附正戊烷的能力增加。所以這種改性活性炭比較合適用于正戊烷的吸附。

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