活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　在这篇内容中介绍了活性炭引入含有O，S和N的基团，从而活性炭的表面被化学改性。活性炭表面在受控条件下用浓HNO 3选择性氧化。表征通过热重分析，红外光谱和NaOH滴定建议的主要-COOH和少量的-OH基团的形成，具有大约4.10的浓度21个/克炭。表面改性在有机和无机载体在工业和环境过程中的应用，如选择性纯化工艺，气体分离，溶剂回收，饮用水净化，味道吸附，气味等微量污染物，离子金属吸附交换性能，催化剂制备，附着现象，电极改性和聚合物技术。

　　活性炭是最重要的工业吸附剂/载体之一，可以通过炭化和活化大量原料如椰壳，木材，泥炭和煤来制备。这些活性炭显示出高度开发的多孔结构和大的内部比表面积，其通常大于600m 2 / g，但通常超过该值，达到2000m 2 / g 。由于这种高表面积和多孔结构， 它可以吸附分散或溶解在液体中的气体和化合物。待吸附的污染物的类型和这些碳的吸附/吸附效率强烈地取决于它们的表面化学特征。因此，为了生产用于特定应用的材料，活性炭的表面化学改性是非常有意义的。该改性主要通过氧化法进行，产生具有大量含氧基团的更亲水结构。各种试剂已被用作氧化剂：浓硝酸或硫酸，次氯酸钠，高锰酸盐，重铬酸盐，过氧化氢，过渡金属和基于臭氧的气体混合物。发现表面结构的类型及其形成程度取决于氧化剂，氧化液的浓度和pH 。虽然在碳表面上产生氧基是相对众所周知的，在这项工作中，为了引入含氧，含氮和硫的基团，活性炭表面被化学改性。

　　简单介绍两个活性炭的反应

　　HNO 3 处理(C / HNO 3)将活性炭(20g，930m 2 / g)用100ml浓HNO 3在回流下处理2,4,8,16 或38小时。回流后，将所得物质过滤并用热蒸馏水充分洗涤直到清洁水的pH值为约7.将碳在60℃下真空干燥24小时。

　　活性炭与亚硫酰氯(C / HNO 3 / SOCl 2)的反应将HNO 3 处理的活性炭(0.80g)在80℃下真空干燥以除去可能干扰反应的水和其它物质。反应用5ml苯和5ml SOCl 2回流进行24小时。将混合物在旋转蒸发器中干燥并用苯大量洗涤以除去残余的SOCl 2。

　　活性炭的表面官能化

　　具有S和N的基团的活性炭表面的官能化已经通过不同的方法进行，例如： 在高温下用硫17和CS 2 18处理，表面COOH基团与H 2NR化合物的直接反应和吡唑啉酮的直接表面沉积衍生工具。然而，这些提出的方法在一般的复杂程序中表现出低效率。在此，描述了一种用于在活性炭表面引入含有S和N的分子的杂原子的简单且通用的方法。使用以下反应方案从-COOH基团开始在碳表面上引入S和N基团。在这项工作中使用的S和N分子在表1中描述。

　　对于-COOH，-COCl中间体和通过与EDT和EDA的反应获得的材料获得的IR光谱示于图1。在与SOCl 2反应后，红外光谱(图1b)显示了约1700,1350,1210和790cm -1处的新的和明确定义的带，其与-COCl基团的形成明显相关。C 6 H 5 COCl 的IR光谱显示完全相同的谱带。另一方面，也可以注意到原始带的存在，这可能表明活性炭表面上并不全部的-COOH基与SOCl 2 21反应。

　　与EDT反应后的活性炭的IR光谱(图1c)表明-COCl与HSR化合物反应形成-COSR。观察到-COCl的典型带消失，并且观察到与EDT分子相关的在1400,1200,750和700cm -1处的明确吸收。通过与EDA反应获得的材料的IR光谱(图1d)也表明HNHR与表面基团-COCl的反应，存在以下条带：〜1720cm -1(-C = O)， 1675和1600cm -1(-NH)，1520cm -1(-RCONHR)，950-1000cm -1 (DTE特征带)和1200cm -1(-CN)和3000-3500cm -1 (NH)。已经观察到与DMTH和TEA的功能化相似的结果，存在典型的-COSR和-CONHR基团的带以及由R基团呈现的特征吸收。

　　活性炭的金属吸附

　　由于存在表面-SH和-NH基团22，这些硫和氮官能化碳对Hg 2 +，Zn 2 +，Cd 2+和Pb 2+离子等重金属的吸附具有很大的潜力。在这项工作中获得的材料也测试了Pb +2，Cu +2和Ni +2在水溶液中的吸附。未处理的活性炭，EDT(C / S)和EDA(N / C)官能化活性炭的吸附比较见图2。

　　可以看出，活性炭的官能化强烈增加了其对所研究的不同金属的吸附。结果表明，EDT功能材料可以更有效吸附Ni +2，而EDA活性炭与Pb +2阳离子的相互作用更强。

　　活性炭可以通过表面化学改性来定制，以生产具有独特性质和具体应用的材料。这些改性可以通过键表面中间体-COOH进行。含活性炭-COOH基团表现出优异的阳离子交换性能，可用作水中金属污染物的吸附剂。这些-COOH 基团可以被转化为-COCl 这对于其它分子接枝到活性炭表面非常反应性和通用基团。从该酰氯中间体可以容易地将几个S和N分子(例如HSR和HNR 2)结合到碳表面。这些S和N官能化碳显示出作为金属吸附剂的巨大潜力，

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