活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　三氯生(TCS)因其在地表水中的频繁被检测到，并且有助于直接产生危害更大的二恶英，所以引起了人们的关注。因此，需要一种具有成本效益的处理技术。富含氮的活性炭材料具有高比表面积，高孔隙率，可调孔径，均匀的孔结构，优异的表面化学性质，良好的导电性和热稳定性。由于活性炭的优异性能可应用到催化、传感器、吸附剂、气体吸附和气体存储等，所以本期实验使用活性炭来做测试。

　　富氮活性炭的制造

　　将原材料(4.0g)，KOH(4.0g)和尿素(8.0g)(质量比为1：1：2)的混合物与30mL去离子水在100mL烧瓶中混合并在环境温度下搅拌(15°C)2小时。然后将混合物转移到瓷舟中并在氮气氛下以5℃min-1的加热速率加热至800℃2小时。冷却至环境温度后，将所得样品浸入HCl溶液(2.0mol L-1)中并搅拌1小时，然后用超纯水反复洗涤直至pH值达到7。最后将样品将其在真空下在60℃下干燥12小时制成样品。

　　三氯生的吸附环境

　　为了测试活性炭在高浓度三氯生溶液中的吸附能力，三氯生的吸附研究是在CH3 CN中而不是在水中进行的。首先，制备2000mg L-1的乙腈溶液。然后，将5mg活性炭加入5.0mL 2000mg L-1 TCS到CH3 CN溶液中。将混合物在振荡器中孵育60分钟以允许建立吸收平衡。使每个样品通过过滤器以从上清液中分离颗粒。通过测量280nm处的UV吸光度来定量滤液中TCS的残余浓度。

　　掺氮活性炭材料特性

　　制成的活性炭材料由碳(64.43-78.38%)，氮(2.43-10.69%)，氢(1.12-1.86%)组成，其中暗示尿素有利于产生富氮活性炭材料。样品表面氮含量与元素分析一致，进一步表明氮成功掺入碳基体中。此外，还从所获得的活性炭中检测到氧元素。提通过SEM和TEM观察样品的形态和结构。图1a中的SEM图像显示产生了大量的多孔结构。从SEM图像(图1b和c)还可以看出含有连续的，相互连接的疏松多孔结构。交联的多孔结构可以提供电极离子扩散和传输的通道。如图1d所示，表现出光滑的表面和致密的结构，孔隙和通道非常有限。图1e显示了存在具有不规则区域的无定形结构，表明材料中存在一些无序缺陷和官能团。为了研究C，O和N的元素分布，进行了能量色散X射线光谱(EDS)测绘，结果如图1所示(g-i)。所有元素在样品表面上均匀分布，表明N成功地掺入活性炭的基质中。

　　活性炭对于三氯生的识别和去除

　　评估并测试所制备的活性炭作为三氯生的吸附材料。这种设计基于三个原因。首先，制备的活性炭具有大的表面积和独特的多孔结构，这是非常理想的吸收材料。其次，活性炭中掺杂的吡啶-N(NS)，吡咯-N(NF)，石墨-N(NQ)和氧化-N(NX)等不同类型的氮原子可能通过氢键和酸与三氯生相互作用。基础互动。此外，活性炭还具有大的共轭芳族结构，其允许电子离域。这将促进与三氯生苯环的芳香-芳香相互作用。令人印象深刻的是，活性炭对于三氯生的吸附能力高达205mg g-1，这个数值远高于其他吸附剂。

　　活性炭表现出良好的吸附能力。这可归因于大的比表面积和氧和氮掺杂的协同效应。活性炭提供了各种胺基，它们可以与O原子形成氢键并通过酸碱相互作用与羟基相互作用。也提供了芳环，活性炭可与三氯生的苯环形成芳香-芳香相互作用，如图2所示。总之，结果表明制备的富氮活性炭在识别和去除三氯生方面具有很大的应用潜力。

　　通过同时碳化和活化以及特殊的方法，从原材料中设计和制备具有高氮含量和大表面积的富氮活性炭。所制备的活性炭拥有高比表面积和优异的电化学性能，以及优异的循环稳定性。此外，在测试条件下，活性炭对三氯生的吸附容量高达205mg g-1。而且生产方法对于制备掺氮活性炭材料的大规模制造也是有利的。这种来自低成本，丰富的可持续生物资源的功能性活性炭材料，可对包括储能装置和功能性吸附材料在内的应用产生实质性影响。

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