活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　正戊烷类的挥发性有机化合物来自树脂，颜料，油漆，油，染料，化妆品和清洁产品配方中的溶剂成分，是构成汽油的碳氢化合物的一部分。VOCs中包括烷烃，烯烃，醇类，醛类，醚类和羧酸类，当它们被分解成试剂时，它们与大气中的其他杂质结合产生臭氧，臭氧是光化学烟雾形成的前体。因为臭氧是标准污染物所以有去除的必要。这次我们研发了几种改性活性炭，并使用X射线评估衍射和多孔结构的分析来测试几种活性炭的化学表面，以及堆叠的炭结构的对正戊烷吸附容量的影响。

　　活性炭是在工业中常用的材料，大多用于治理水污染和气体污染。活性炭的吸附能力与其多孔结构和化学表面有关。所以我们这次从活性炭的化学表面入手研发了几款活性炭产品，分别通过在中等温度下用65%的硝酸溶液和85%的磷酸溶液浸渍来改性活性炭，这些通过分别增加酸基团数和磷酸基团交联来改变活性炭的表面化学和多孔结构。用硝酸处理过的活性炭已提交给回流在浓溶液的氢氧化铵，以引入氮气通过形成活性炭结构的杂原子的酰胺，胺吡啶，吡咯和季氮基团等。另外，原始活性炭在氮气氛中在三种不同温度下碳化，以减少表面上的氧化基团含量。再经过仪器分析来处理我们想要的这些活性炭的晶体结构，同时确定晶体结构的变化如何与正戊烷的吸附关系。

　　测试正戊烷吸附的方法

　　活性炭吸附正戊烷是在实验室中建立的分选计中进行的(图1)，其基于容量法操作。最初，活性炭样品脱气至5.65×10-3 mbar。对于正戊烷吸附，将其在平衡罐中以70℃中进行气相加热。随后，通过打开将平衡罐和电池与样品连接的阀门，将气相中的正戊烷注入样品架中的活性炭上。吸附的正戊烷的量由每次注入后获得的初始压力和压力平衡之间的差值确定。在活性炭上进行正戊烷吸附直至正戊烷在操作温度下的饱和压力。

　　活性炭的结构分析

　　使用X射线衍射对活性炭微观结构分析，确定从在20°和30°2θ之间观察到的衍射峰堆叠的芳族层的数量，其对应于活性炭的平面c1c中的002反射。纹理分析中图2显示了样品活性炭，硝酸浸渍活性炭，800度炭化后的活性炭和1000度炭化后的活性炭的N2在77K的吸附等温线。在这里，可以看出所有的活性炭对应于微孔固体，具有小的磁滞回线，相对压力高于0.35，表明由于两者之间的差异。

　　值得注意的是，在碳化样品在800度和1000度的情况下，微孔体积和表观积S BET均增加，这表明碳化允许进入被封闭的微孔结构，而在较高温度下的碳化会导致表面积和多孔结构的损失，这可从这两种活性炭吸附剂获得的值得到证明。

　　活性炭的吸附性能

　　正戊烷在不同活性炭上的吸附等温线如图3所示。需要说明的是，吸附的正戊烷量与低压相对压力值小于0.1时的压力成比例地增加。在相对压力值在0.1和0.4之间时，等温线相对于相对压力轴是凹的，表明正戊烷单层吸附达到其最大点，并且高于该压力，吸附的增加低于相对压力增加。这种行为已经被不同的模型描述，其中Langmuir是常用的模型之一。这意味着最大吸附对应于饱和单层吸附质分子吸附在表面上的特定位置，在这方面，所有站点都在能量上相当。

　　图4中显示的SEM图像显示用HNO 3和NH 4 OH进行的改性对活性炭表面具有腐蚀作用，这在活性炭样品的无定形结构的外观中得到证实。在1000度炭化的活性炭样品图像中，可以观察到碳化有利于有序结构的增加，这与上面显示的X射线衍射分析获得的结果一致。

　　根据上面的一系列测试可以得出结论，浸渍的活性炭到中等温度的浓缩溶液硝酸与磷酸和回流用预氧化样品的浓缩的氢氧化铵溶液，以及800、900和1000℃的碳化温度，改变了无定形结构，晶体结构，孔隙率，表面积和活性炭的正戊烷吸附能力。用磷酸溶液浸渍通过活性炭表面上的磷酸酯基团的交联堆积N而产生芳香族层数的增加。因此，结晶结构，表面积和吸附正戊烷的能力增加。所以这种改性活性炭比较合适用于正戊烷的吸附。

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