為了探索活性炭化學表面改性引起的效應，研究人員已經在各種實際應用中開發了改性活性炭（表1）。本期介紹活性炭的一些應用領域。

　　表1：活性(xing)炭的(de)幾種改性(xing)方法。

　　活性炭作為超級電容器

　　化(hua)(hua)學表(biao)面改(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)廣泛用作(zuo)儲能(neng)裝置(zhi)。前材料(liao)(liao)使用同時化(hua)(hua)學(KOH)和(he)物理(CO 2)活(huo)(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)方法生產(chan)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)。然后使用過氧化(hua)(hua)氫(H 2 O 2)，硝酸(suan)(HNO 3)和(he)硫酸(suan)(H 2 SO 4)對所獲(huo)得的(de)(de)(de)碳(tan)(tan)基材料(liao)(liao)進行表(biao)面氧化(hua)(hua)。作(zuo)為改(gai)(gai)(gai)(gai)進的(de)(de)(de)結(jie)果(guo)，未(wei)觀察到最終樣品的(de)(de)(de)紋(wen)理特征的(de)(de)(de)顯(xian)著變化(hua)(hua)，但表(biao)面的(de)(de)(de)化(hua)(hua)學特性(xing)(xing)(xing)表(biao)現出明(ming)顯(xian)的(de)(de)(de)變化(hua)(hua)。在(zai)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)的(de)(de)(de)表(biao)面上引入了新的(de)(de)(de)官能(neng)團，導致HNO 3處理的(de)(de)(de)碳(tan)(tan)中(zhong)的(de)(de)(de)比(bi)電(dian)容增強。在(zai)另一個實(shi)驗中(zhong)，使用其他原(yuan)材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)KOH活(huo)(huo)(huo)(huo)化(hua)(hua)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)。改(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)在(zai)表(biao)面上誘導氧和(he)氮(dan)基團。實(shi)驗結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)，富(fu)含氮(dan)的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)現出較高的(de)(de)(de)電(dian)容比(bi)摻氧的(de)(de)(de)活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)強很多(duo)。這些(xie)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)，富(fu)氧活(huo)(huo)(huo)(huo)性(xing)(xing)(xing)炭(tan)中(zhong)的(de)(de)(de)表(biao)面羧基官能(neng)團阻(zu)止電(dian)解(jie)質(zhi)擴散到多(duo)孔網絡中(zhong)，而氮(dan)基團的(de)(de)(de)存在(zai)可以產(chan)生微(wei)中(zhong)孔性(xing)(xing)(xing)和(he)優異的(de)(de)(de)偽電(dian)容性(xing)(xing)(xing)質(zhi)。此外，HNO 3改(gai)(gai)(gai)(gai)性(xing)(xing)(xing)多(duo)孔木碳(tan)(tan)單塊(kuai)可用于超級電(dian)容器。結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)，與原(yuan)始碳(tan)(tan)材料(liao)(liao)相比(bi)，電(dian)化(hua)(hua)學電(dian)容性(xing)(xing)(xing)能(neng)顯(xian)著提(ti)高。

　　活性炭作為二氧化碳吸附劑

　　使(shi)用(yong)(yong)氨改性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)能對二(er)氧化碳快速吸(xi)(xi)附(fu)，是(shi)作(zuo)(zuo)為提(ti)高(gao)其CO 2獲取能力的替代(dai)方法。表面(mian)改性(xing)(xing)(xing)(xing)的活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)的主(zhu)要屬(shu)性(xing)(xing)(xing)(xing)是(shi)引入氮氣的功能性(xing)(xing)(xing)(xing)，其表現出強堿性(xing)(xing)(xing)(xing)，可(ke)(ke)以誘(you)導路(lu)易斯酸(suan)(suan)堿相互作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)與酸(suan)(suan)性(xing)(xing)(xing)(xing)二(er)氧化碳分子(zi)。這(zhe)提(ti)高(gao)了吸(xi)(xi)附(fu)性(xing)(xing)(xing)(xing)能。然而，CO 2之間(jian)的化學相互作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)非常(chang)強分子(zi)和吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)表面(mian)可(ke)(ke)導致不(bu)良的吸(xi)(xi)附(fu)劑(ji)再生(sheng)并(bing)且在經濟上(shang)是(shi)不(bu)利的。因(yin)此，適度的物理(li)吸(xi)(xi)附(fu)是(shi)有(you)效吸(xi)(xi)附(fu)氣體分子(zi)并(bing)在需要時(shi)釋(shi)放它們的理(li)想相互作(zuo)(zuo)用(yong)(yong)。

　　活性炭作為有機污染物吸附劑

　　研(yan)究表(biao)(biao)明(ming)，與金(jin)屬相(xiang)比(bi)，活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭廣泛用(yong)于吸(xi)(xi)(xi)附(fu)有(you)機(ji)分子(zi)(zi)。有(you)助于活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)高(gao)(gao)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)性(xing)(xing)能(neng)的(de)(de)(de)主要因(yin)素包括其優異的(de)(de)(de)紋理特征和(he)合適的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)官能(neng)團(tuan)的(de)(de)(de)產(chan)生(sheng)。據大(da)家(jia)了解(jie)，富氧(yang)(yang)的(de)(de)(de)酸(suan)性(xing)(xing)表(biao)(biao)面(mian)可(ke)以減(jian)少水(shui)性(xing)(xing)介質(zhi)中(zhong)有(you)機(ji)物(wu)質(zhi)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)，而它(ta)們的(de)(de)(de)缺失會提高(gao)(gao)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)性(xing)(xing)能(neng)。在(zai)(zai)碳(tan)表(biao)(biao)面(mian)上(shang)(shang)引入(ru)的(de)(de)(de)弱酸(suan)性(xing)(xing)官能(neng)團(tuan)可(ke)以增加金(jin)屬吸(xi)(xi)(xi)附(fu)能(neng)力，同時降(jiang)(jiang)低酚(fen)類化合物(wu)在(zai)(zai)水(shui)性(xing)(xing)環境中(zhong)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)。這(zhe)(zhe)實驗(yan)表(biao)(biao)明(ming)，在(zai)(zai)高(gao)(gao)濃度(du)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)酸(suan)性(xing)(xing)基(ji)團(tuan)中(zhong)苯(ben)酚(fen)物(wu)理吸(xi)(xi)(xi)附(fu)減(jian)少，這(zhe)(zhe)可(ke)能(neng)是由于碳(tan)基(ji)面(mian)的(de)(de)(de)分散力降(jiang)(jiang)低。這(zhe)(zhe)表(biao)(biao)明(ming)，隨著(zhu)碳(tan)表(biao)(biao)面(mian)基(ji)面(mian)上(shang)(shang)π電子(zi)(zi)的(de)(de)(de)可(ke)用(yong)性(xing)(xing)增加和(he)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)位(wei)置的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)含(han)量降(jiang)(jiang)低，苯(ben)酚(fen)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)增加。其他一些研(yan)究通過水(shui)優選與氧(yang)(yang)部(bu)分的(de)(de)(de)氫鍵吸(xi)(xi)(xi)附(fu)在(zai)(zai)活(huo)(huo)性(xing)(xing)炭表(biao)(biao)面(mian)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)事實解(jie)釋了苯(ben)酚(fen)的(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)減(jian)少。這(zhe)(zhe)導致形成阻(zu)礙酚(fen)分子(zi)(zi)進(jin)入(ru)微孔結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)大(da)團(tuan)簇。這(zhe)(zhe)些氧(yang)(yang)簇隨后通過在(zai)(zai)碳(tan)中(zhong)定位(wei)自由電子(zi)(zi)來降(jiang)(jiang)低吸(xi)(xi)(xi)附(fu)性(xing)(xing)能(neng)。其他機(ji)制表(biao)(biao)明(ming)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)電子(zi)(zi)和(he)吸(xi)(xi)(xi)附(fu)質(zhi)的(de)(de)(de)芳香結(jie)構(gou)之間(jian)產(chan)生(sheng)兩(liang)種相(xiang)互作用(yong)，即π-分散和(he)靜電相(xiang)互作用(yong)。迄(qi)今為止，幾乎所有(you)涉及從水(shui)溶液中(zhong)去(qu)除(chu)有(you)機(ji)物(wu)的(de)(de)(de)實驗(yan)研(yan)究都使(shi)用(yong)苯(ben)酚(fen)和(he)苯(ben)衍生(sheng)化合物(wu)作為模型研(yan)究。除(chu)表(biao)(biao)面(mian)化學(xue)外，還應考慮(lv)其他因(yin)素，如溶液的(de)(de)(de)pH值，溶液的(de)(de)(de)溫度(du)，吸(xi)(xi)(xi)附(fu)劑的(de)(de)(de)類型，氧(yang)(yang)氣的(de)(de)(de)有(you)效性(xing)(xing)和(he)礦物(wu)質(zhi)含(han)量，以便有(you)效去(qu)除(chu)廢水(shui)中(zhong)的(de)(de)(de)有(you)機(ji)污染物(wu)。

　　活性炭作為染料吸附劑

　　在(zai)過(guo)去(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)幾十年里，紡(fang)織和(he)(he)(he)染(ran)(ran)料(liao)(liao)工業正在(zai)取(qu)得重(zhong)大(da)進展(zhan)。然而(er)，從廢(fei)水(shui)中(zhong)去(qu)除多余的(de)(de)(de)(de)(de)染(ran)(ran)料(liao)(liao)仍然是研(yan)究人員(yuan)的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)(yi)項挑戰性(xing)(xing)(xing)(xing)任務。我們分(fen)別用6M和(he)(he)(he)10M硝酸和(he)(he)(he)過(guo)氧化(hua)(hua)氫檢測表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)改性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)，同時在(zai)700℃下在(zai)H 2或N 2氣氛中(zhong)加(jia)熱。結(jie)(jie)(jie)果表(biao)(biao)明(ming)，在(zai)高(gao)溫下用H 2處理制(zhi)備的(de)(de)(de)(de)(de)樣(yang)品表(biao)(biao)現(xian)出(chu)(chu)(chu)優異(yi)的(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附陰離子(zi)和(he)(he)(he)陽(yang)離子(zi)染(ran)(ran)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)能(neng)力(li)。在(zai)另一(yi)(yi)個有趣(qu)的(de)(de)(de)(de)(de)實驗中(zhong)，使(shi)用兩種紡(fang)織染(ran)(ran)料(liao)(liao)在(zai)酸改性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)和(he)(he)(he)堿性(xing)(xing)(xing)(xing)碳表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)上吸(xi)(xi)(xi)附。吸(xi)(xi)(xi)附能(neng)力(li)表(biao)(biao)明(ming)，由(you)于(yu)碳基(ji)面(mian)(mian)(mian)(mian)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)局域(yu)π電(dian)子(zi)與染(ran)(ran)料(liao)(liao)分(fen)子(zi)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)自(zi)由(you)電(dian)子(zi)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)散力(li)，基(ji)本表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)在(zai)染(ran)(ran)料(liao)(liao)吸(xi)(xi)(xi)收中(zhong)起到有益作用。另一(yi)(yi)方(fang)面(mian)(mian)(mian)(mian)，酸處理的(de)(de)(de)(de)(de)樣(yang)品由(you)于(yu)碳表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)官(guan)能(neng)團(tuan)和(he)(he)(he)染(ran)(ran)料(liao)(liao)分(fen)子(zi)之間(jian)存在(zai)排斥力(li)而(er)表(biao)(biao)現(xian)出(chu)(chu)(chu)降(jiang)低(di)(di)的(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附。相(xiang)反，這(zhe)(zhe)些(xie)結(jie)(jie)(jie)果不能(neng)應用于(yu)所有紡(fang)織染(ran)(ran)料(liao)(liao)。一(yi)(yi)些(xie)染(ran)(ran)料(liao)(liao)表(biao)(biao)現(xian)出(chu)(chu)(chu)降(jiang)低(di)(di)的(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)附性(xing)(xing)(xing)(xing)和(he)(he)(he)增(zeng)(zeng)加(jia)的(de)(de)(de)(de)(de)基(ji)本特性(xing)(xing)(xing)(xing)。在(zai)此，酸性(xing)(xing)(xing)(xing)紅(hong)73和(he)(he)(he)酸性(xing)(xing)(xing)(xing)黃23顯示出(chu)(chu)(chu)改善的(de)(de)(de)(de)(de)攝(she)取(qu)，但(dan)酸性(xing)(xing)(xing)(xing)藍(lan)74表(biao)(biao)現(xian)出(chu)(chu)(chu)降(jiang)低(di)(di)的(de)(de)(de)(de)(de)攝(she)取(qu)。然而(er)，這(zhe)(zhe)些(xie)染(ran)(ran)料(liao)(liao)主要由(you)有機(ji)結(jie)(jie)(jie)構組成。因此，可(ke)以制(zhi)定一(yi)(yi)般假設增(zeng)(zeng)加(jia)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)(de)酸性(xing)(xing)(xing)(xing)官(guan)能(neng)團(tuan)應導(dao)致染(ran)(ran)料(liao)(liao)吸(xi)(xi)(xi)收減(jian)少。經過(guo)實驗發現(xian)，活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭(tan)持續(xu)暴露于(yu)臭氧氣體中(zhong)作為氧化(hua)(hua)劑將堿性(xing)(xing)(xing)(xing)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)位置(zhi)轉變為酸性(xing)(xing)(xing)(xing)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)位點。因此，亞(ya)甲藍(lan)的(de)(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)(xi)收減(jian)少。通過(guo)氧化(hua)(hua)可(ke)以從活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)碳帶釋放電(dian)子(zi)這(zhe)(zhe)一(yi)(yi)事(shi)實進一(yi)(yi)步闡述了這(zhe)(zhe)一(yi)(yi)點，這(zhe)(zhe)降(jiang)低(di)(di)了染(ran)(ran)料(liao)(liao)環結(jie)(jie)(jie)構中(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)π電(dian)子(zi)系(xi)統與碳表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)(mian)上的(de)(de)(de)(de)(de)石墨(mo)平面(mian)(mian)(mian)(mian)之間(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)色散相(xiang)互(hu)作用。

　　在(zai)(zai)(zai)另(ling)一個實(shi)驗中(zhong)，使用(yong)(yong)2M硝酸和(he)鹽酸來改性(xing)碳(tan)表面(mian)(mian)。使用(yong)(yong)了這(zhe)些碳(tan)，研(yan)究亞甲藍的(de)(de)(de)(de)攝取能力。使用(yong)(yong)HCl和(he)HNO 3處(chu)理(li)分別使吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)容量(liang)降低(di)了10.6%和(he)13.5%。得出(chu)結論(lun)，類似的(de)(de)(de)(de)機制(zhi)是造成這(zhe)些結果的(de)(de)(de)(de)原因，其中(zhong)在(zai)(zai)(zai)活(huo)性(xing)炭和(he)電(dian)(dian)子表面(mian)(mian)形成酸官能團，從而(er)減少了亞甲藍的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)收。他們進一步解釋了使用(yong)(yong)這(zhe)兩種酸導(dao)致(zhi)的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)差異。用(yong)(yong)HCl處(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)比用(yong)(yong)HNO 3處(chu)理(li)的(de)(de)(de)(de)碳(tan)表現出(chu)更大的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)收。這(zhe)可(ke)歸因于負離子(Cl -)可(ke)以吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)在(zai)(zai)(zai)碳(tan)表面(mian)(mian)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)(de)正位點上(shang)(shang)，并且可(ke)以在(zai)(zai)(zai)碳(tan)表面(mian)(mian)上(shang)(shang)誘導(dao)負電(dian)(dian)荷，從而(er)促進帶正電(dian)(dian)荷的(de)(de)(de)(de)染(ran)料分子的(de)(de)(de)(de)吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)。然而(er)，與這(zhe)些實(shi)驗相反，也有(you)人聲稱濃H 2SO 4的(de)(de)(de)(de)高(gao)溫氧化可(ke)導(dao)致(zhi)亞甲藍吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)增(zeng)加。這(zhe)可(ke)以通過高(gao)溫改性(xing)后增(zeng)加的(de)(de)(de)(de)中(zhong)孔體(ti)積來證明(ming)，這(zhe)可(ke)以導(dao)致(zhi)染(ran)料吸(xi)(xi)附(fu)(fu)(fu)增(zeng)強(qiang)。

　　我們對于(yu)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭改性(xing)(xing)(xing)(xing)應用的(de)(de)(de)(de)期望有哪些(xie)(xie)，開(kai)發經濟上廉(lian)價的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭電極，其能夠以(yi)最小的(de)(de)(de)(de)電阻存儲大量(liang)能量(liang)。類似(si)地(di)，碳(tan)基材料具(ju)有增強CO 2的(de)(de)(de)(de)基本(ben)表面吸(xi)收(shou)是(shi)為了(le)緩解全球(qiu)變(bian)暖，是(shi)非(fei)常需(xu)要的(de)(de)(de)(de)。另一方面，需(xu)要進(jin)一步研究具(ju)有表面活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)劑(ji)改性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭以(yi)消(xiao)除來自水性(xing)(xing)(xing)(xing)介(jie)質的(de)(de)(de)(de)污染物(wu)，以(yi)獲得優異的(de)(de)(de)(de)性(xing)(xing)(xing)(xing)能，因(yin)為該領(ling)域的(de)(de)(de)(de)實驗(yan)結果是(shi)有限(xian)的(de)(de)(de)(de)。此外，考(kao)慮到特定污染物(wu)的(de)(de)(de)(de)吸(xi)收(shou)增加和減少(shao)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響，可以(yi)誘導選擇性(xing)(xing)(xing)(xing)吸(xi)附(fu)，這為清潔(jie)能源(yuan)和環(huan)(huan)境(jing)科學(xue)領(ling)域提供了(le)新(xin)的(de)(de)(de)(de)途(tu)徑。除了(le)這些(xie)(xie)研究結果之外，重要的(de)(de)(de)(de)缺點(dian)是(shi)改性(xing)(xing)(xing)(xing)過程(cheng)的(de)(de)(de)(de)成(cheng)本(ben)和改性(xing)(xing)(xing)(xing)過程(cheng)中使用的(de)(de)(de)(de)剩余(yu)危險化(hua)學(xue)品(pin)的(de)(de)(de)(de)處理。在回(hui)收(shou)吸(xi)附(fu)劑(ji)時，應注意用于(yu)改性(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)化(hua)學(xue)品(pin)不應進(jin)入大氣，須要回(hui)收(shou)。吸(xi)附(fu)劑(ji)應用于(yu)循(xun)環(huan)(huan)測量(liang)并易(yi)于(yu)再生。牢記(ji)所有這些(xie)(xie)要點(dian)，該領(ling)域需(xu)要簡單，新(xin)穎，簡單和更環(huan)(huan)保(bao)的(de)(de)(de)(de)技術(shu)來改性(xing)(xing)(xing)(xing)活(huo)性(xing)(xing)(xing)(xing)炭。

本文鏈接：//xahuarui.com/baike/bk683.html

查看更多分類請點擊：公司資訊    行業新聞    媒體報導    百科知識