活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　在本期介绍中，制备了活性炭和活性炭纳米纤维的复合材料，以改善活性炭吸附挥发性有机化合物(VOC)的性能及其对呼吸机的利用。用硝酸镍催化剂前体浸渍活性炭，使用催化化学气相沉积将碳纳米纤维(CNF)直接沉积在活性炭表面上。在活性炭微孔中沉积的催化剂颗粒上的CNF被CO 2活化，以恢复表面积和微孔。利用比表面，制备的复合材料的结构表征(BET)分别与电子显微镜技术。对制备的复合吸附剂进行苯，甲苯和二甲苯(BTX)吸附，然后以颗粒形式用于有机呼呼吸机中。通过使空气样品以可调节的流速通过玻璃柱中的吸附剂进行吸附研究。最后，吸附柱中未吸附的任何吸附物质被捕获在活性炭吸附管中，并通过气相色谱分析。在活性炭 / 碳纳米纤维上均匀地形成了具有约10-20nm的非常薄的直径的CNF。用CO 2活化的活性炭/ 碳纳米纤维制备的呼吸机筒的突破时间为117分钟，比用相同重量核桃壳活性炭制备的呼吸机筒明显延长。

　　挥发性有机化合物(VOC)是环境中可能引起严重健康问题的一类化学污染物。某些挥发性有机化合物，如苯，甲苯和二甲苯(BTX)是已知的或怀疑为致癌物。

　　吸附剂对污染物的吸附是控制VOC排放的最重要的方法之一。活性炭(AC)是最通用和常用的吸附剂，用于固定床形式的环境控制。这是由于其内表面积和孔体积大，以及以低成本吸收有机蒸气的能力。这些特性使得它最实用的吸附剂之一，通过空气净化器、呼吸器或个人保护设备从吸入的空气中除去有毒气体和蒸气。呼吸器筒和罐在填充床中含有活性炭颗粒，其通过吸附剂吸附空气中的有机蒸气。

　　活性炭是无结构的，具有复杂的物理化学性质。选择性差，特别是芳香族化合物。活性炭的吸附能力受以下因素的限制：表面活性位点的密度，吸附键的活化能，非均相体系中吸附的缓慢的动力学和非平衡性，吸附剂表面及其吸附剂表面的传质速率尺寸相对较大。

　　为了克服上述限制，已经提出了新类型的合成碳质材料作为改进活性炭吸附性质的候选物或修饰因子。近年来，活性炭纳米纤维受到越来越多的关注和广泛的研究。由于它们的有趣的性质(纯度，机械强度，高的几何表面，等等)的它们被认定为一特定的活性炭材料和作为具有用作吸附剂和催化剂载体的潜力。

　　活性炭材料的制造方法

　　这次使用核桃壳来作为活性炭的制作材料。氢氧化钾被用作化学活化剂，因为它是用于生产活性炭最有效的化合物之一。然后将初始粒度为0.21-0.35mm的核桃壳粉碎，研磨并筛分。然后将壳放入氢氧化钾溶液中，轻轻加热2小时。然后将它们在150℃的烘箱中干燥。然后将浸渍的壳样品在石英管式反应器中在氮气流下碳化1小时。活化后，将样品在N 2流下冷却，并用0.5N盐酸洗涤两次，并依次用冷蒸馏水冲洗以除去任何残留的化学物质。将洗涤的样品在110℃下在烘箱中干燥。制备具有不同重量比的活化剂(氢氧化钾)至核桃壳并具有不同活化温度的样品，

　　催化剂浸入活性炭中，碳纳米纤维在活性炭上合成

　　将先干燥的活性炭浸泡在65℃下有规定量的镍的水溶液。等的大部分水份蒸发后，将潮湿的活性炭在真空烘箱中在120℃下干燥2小时。通过活性炭在由常规水平管式炉加热的石英流反应器(直径3cm，长度100cm)中合成活性炭纳米纤维。将规定量的活性炭放置在炉中的反应器管的中心处的氧化铝舟皿中。

　　催化剂在氢气氛中在500℃下还原2小时后，甲烷以200cm 3 / min的速度在550℃下在氧化铝船上流过1小时，并被催化分解。纳米尺寸碳通过化学气相沉积(CVD)在交流载体材料上生长。为了纯化通过该方法生长的活性炭纳米纤维样品，采用酸处理来除去催化剂颗粒。借助于超声波处理，将样品与盐酸(3M)混合12小时，然后用硝酸(2M)再混合12小时。

　　最后，用冷蒸馏水冲洗样品以除去残留的化学物质。将洗涤的样品在110℃下在烘箱中干燥12小时。

　　通过将受控量的CO 2通过悬浮在炉中的反应器管中的复合物上而使合成的复合物物理活化。将样品在N 2流下加热，指定的反应温度每分钟升高5℃，然后在450℃的温度下保持5小时。随后将样品在150℃下脱气8小时在扫描电子显微镜和透射电子显微镜下观察活性炭纳米复合材料的纳米结构和形貌。

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