活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭吸附去除甲醛简述

　　甲醛是一种常见的室内污染物，来自各种装修材料，会对人体健康产生不利影响。为了去除室内空气中的甲醛，活性炭已被用于吸附室内空气中的甲醛，由于其低运营成本，这在商业上是可行的。并且活性炭还具有高表面积而具有高吸附亲和力，还可以通过表面改性而变得多样化。对传统吸附剂，特别是活性炭的改性，被认为可以在实际应用中实现有效的甲醛去除。本次研究通过胺化对活性炭进行表面改性以吸附去除室内空气中的甲醛。

　　交流表面化学改性的方法

　　通常，活性炭会表现出良好的吸附性能和机械稳定性。除了表面积和孔特性等物理性质外，用于活性炭表面改性的表面官能团对活性炭的吸附能力也起着重要作用。当我们考虑甲醛在活性炭表面上的直接吸附时，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亲水性脂肪酸。因此，可以通过表面改性来增强活性炭的吸附性能，这可以通过三种方式来实现：酸或碱处理、亲水化学品浸渍和接枝与活性炭表面连接的亲水官能团。

　　考虑到第一种选择，在活性炭表面上支撑酸性或碱性官能团的改性已被广泛评估。通常，活性炭的表面化学取决于其表面官能团中O、N、S和H的存在。支持硫或卤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证据。当我们考虑有效去除甲醛时，Brønsted酸性或碱性位点的氧官能团以及含氮官能团可能是甲醛吸附的最重要位点。Langmuir模型的吸附等温线也支持这一点，该模型被发现适用于表面改性活性炭上的甲醛吸附。因此，修饰活性炭的表面官能团是设计表面化学的关键策略。

　　图1：活性炭表面浸渍苯胺的概念图。

　　考虑第二种选择，可以在存在氮源(例如NH3、HNO3等)的情况下通过热处理在活性炭框架中引入含氮官能团作为掺杂剂。此处使用的术语掺杂剂是指浸渍到活性炭表面结构中并形成物理键的活性化学物质：范德华键和氢键。图1显示了苯胺在活性炭表面结构中的概念浸渍。在其他地方可以看到类似的概念图。苯胺和活性炭表面之间的这些物理键可能比化学键弱得多，但这些键仍然足以将掺杂剂保持在活性炭表面结构内，而不会在吸附过程中分离。掺杂剂安全地位于具有基本特性和表面极性(π-电子)的交流表面结构内。其他含氮官能团包括-NH2、-NH、-C=N和-CN。值得注意的是，-NH2(胺官能团)归因于通过共价键的胺-醛共轭，并显示出增强的甲醛吸附能力。这种含氮官能团对吸附剂上的水分子具有很强的亲和力。此外，氧化和硫化可以通过增加官能团(如-OH、-COOH、-C=O、-CO、-CS、-C=S和-S=O)来成功改性活性炭表面。通过活性炭胺化去除甲醛的机制概念如图2所示。

　　图2：胺类在活性炭上对甲醛的作用机制。

　　活性炭吸附甲醛的工业应用

　　活性炭的多样化商业化促使人们对目前在活性炭表面改性方面去除甲醛的技术进行了审查。在这些修饰中，胺化被广泛用于去除低浓度的甲醛。常规方法是通过将胺官能团浸渍和/或接枝到活性炭表面上来实现胺化。胺官能团参与甲醛的吸附。在嫁接的情况下，胺官能团与活性炭表面的固有官能团反应形成化学键。在此，羧基作为活性炭表面的代表性官能团，用于演示与各种胺类化学品的胺化反应。在考虑活性炭的商业应用时，必须考虑有毒化学品的结果。特别是，胺化反应是由有毒的胺化合物引起的。因此，毒性较小的胺源是必要的并且被推荐。我们根据毒性/无毒性对胺源进行分类(特别是，胺化反应是由有毒的胺化合物引起的。因此，毒性较小的胺源是必要的并且被推荐。我们根据毒性/无毒性对胺源进行分类，特别是，胺化反应是由有毒的胺化合物引起的。因此，毒性较小的胺源是必要的并且被推荐。我们根据毒性/无毒性对胺源进行分类。此外，交流电在工业中的应用一直受到安全工作环境的限制。代表性问题包括粉尘(爆炸)和处理可行性。为了克服这些问题，需要新型交流电。例如，推荐使用具有更高抗压强度和流动性的活性炭。在这方面，也开发了一种具有高表面积、高抗压强度，流动性平均粒径小于1mm。具有这些物理特性的活性炭有望成为传统炭更安全的替代品。特别是这种珠型活性炭的应用将有利于甲醛排放量高的行业，例如木材(家具)加工行业。此外，由于珠型活性炭的流动性，它可以有效地用作室内环境的净化剂，具有加工性。这种类型的活性炭可以很容易地进行吸附和解吸操作，从而使其可以回收利用(图3)。

　　图3：珠型活性炭回收过程的概念图。

　　活性炭吸附去除甲醛简述，对于去除甲醛对于保持室内环境中的清洁空气很重要。在甲醛去除选项中，活性炭吸附因其经济应用而具有吸引力。在水分存在的情况下，甲醛的吸附能力似乎很复杂。活性炭表面的水吸附和甲醛吸附之间的竞争似乎是一个复杂的因素。回顾并强调了对活性炭表面的化学改性，特别是通过在表面引入胺官能团来提高吸附能力。通过胺化对活性炭进行表面改性是提高去除甲醛吸附能力的重要策略。此外，还提出并讨论了活性炭应用中胺化的物理制造和安全处理选项。精心设计的具有高表面积、分布良好的微孔和机械硬度的活性炭可以获得更好的性能。

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