ICM高吸附活性炭
活性炭是一种优良的吸附剂,它能吸附各种有机物和无机物。活性炭具有多孔结构,吸附容量大、速度快,能有效地吸附气体、胶态物质及有机色素等,因此广泛用于食品工业、化学工业和环境保护等各个领域。它还有一个最大的特点就是饱和后可以再生。
炭具有很大的吸附性能主要是由其特殊的表面结构特性和表面化学特性所决定,同时,活性炭的电化学性质对吸附性能也有很大的作用。活性炭 的表面化学性质和表面结构特性决定其吸附性能。对活性炭进行氧化改性处理可使两者性质同时发生改变,缓和的氧化使表面含氧基团增多,结构的微孔变化不大,吸附性能变化也不很大,强氧化改性则使其微孔系结构遭破坏,过渡孔系增多,吸附性能明显降低。
表面物理结构特性的改性
结构特性决定了活性炭的物理性吸附。结构特性主要是指微孔体积、比表面积和微孔结构等,普通活性炭存在灰分高、孔容小、微孔分布过宽、比表面积小和吸附性能差等特点。因此,有必要对其结构进行改性。活性炭的比表面积、孔径分布等物理性质对其吸附能力有很大的影响。活性炭的孔径分布是影响吸附容量的主要因素,这是因为分子筛的作 用,当尺寸较大的吸附质分子不能进入孔直径比其小的孔内,孔径与吸附质分子的关系及吸附性能如下
(1) 吸附质分子大于孔直径时,会因为分子筛的作用,分子将无法进入孔内,起不到吸附的作用;
(2) 吸附质分子约等于孔直径时,即孔直径与分子直径相当,活性炭的捕捉能力非常强,但它仅适用于极低浓度下的吸附,因此工业应用前景不大;
(3) 吸附质分子小于孔直径时,在孔内会发生毛细凝聚作用,吸附量大;
(4) 吸附质分子远小于孔直径时,吸附质分子虽然易发生吸附,但也较容易发生脱附,脱附速度很快,而且低浓度下的吸附量小。
表面化学性质的改性
表面化学性质决定了活性炭的化学吸附。化学性质主要是指表面的化学官能团。表面的化学官能团根据活化的不同,有含氧官能团和含氮官能团。含氧官能团又分为酸性和碱性含氧官能团:酸性基团有羧基、酚羟基、醌型羰基、正内酯基及环式过氧基等,其中羧基、酚羟基及酯基为主要酸性氧化物。酸性氧化物使活性炭具有极性的性质。限于吸附极性较强的化合物。而碱性化合物易吸附极性较弱或非极性物质。因此,可以通过改变活性炭表面的酸性和碱性基团的含量,从而改变活性炭的吸附性能。
电化学性质的改性
活性炭的电化学性质同时决定了物理吸附和化学吸附。由于活性炭是由石墨晶体和无定型碳组成,因此,它具有较强的导电性能。具有捕捉电荷的能力,使其表面带有一定的电荷。电化学性质主要指由于在电场的作用下活性炭表面的带电性和由此而产生的化学性质变化的性质。此外,活性炭表面的电势与pH值也有一定的关系,当电势增加时,pH值降低。活性炭表面的酸性基团与碱性基团表现一定的缓冲特性: SCO2H SCO-2+H + S2C=O+H+ S2C=OH+ 因此,当增加在活性炭上的电势时,活性炭表面将带正电荷,同时pH值将降低,增加了带负电物质的吸附,反之,则增加了带正电物质的吸附。当增加或减少一定的电压时,增加了活性炭表面吸附相应物质的吸附点。因此,我们可以通过改变电压来达到改变活性炭吸附性能。
表面物理结构特性的改性可以使改性后的活性炭具有较大的比表面积,最大的可达到普通活性炭比表面积的两倍以上,从而大大增强了活性炭的吸附能力。同时可通过孔控技术,使活性炭具有更高的选择性和吸附性能。因此,近10多年这方面的研究发展很快。 通过化学氧化还原及负载金属等方法使活性炭表面化学性质发生改变。如氧化可使酸性基团相对含量增多,还原可使碱性基团相对含量增多,使活性炭对极性不同的物质有较强的选择性吸附。同时也可在活性炭表面负载某些金属使其对某些元素或离子有较强的选择性吸附。 电化学改性是通过微电场使活性炭表面的电性和化学性质发生改变,从而提高吸附的选择性和性能。
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摘抄:艾克姆环境
