碳基二氧化碳吸附材料研究进展

近年来，以CO₂为主的温室气体在大气中的浓度持续增加，温室效应日益加剧。二氧化碳捕集、利用与封存(CCUS)是实现碳中和的托底技术，二氧化碳捕集成本占整个CCUS全链条的70%左右，开发低成本二氧化碳捕集技术是推动CCUS技术应用推广的重中之重。虽已开发多种先进材料(如沸石、金属有机骨架、介孔二氧化硅和聚合物)以应对二氧化碳捕集，但对活性炭(ACs)的研究仍是主流。碳材料具有来源广泛、价格低廉、孔隙结构丰富、物理化学性质稳定等优点，是一种极具应用潜力的二氧化碳吸附材料。现有碳基吸附材料仍存在二氧化碳吸附容量低、吸附选择性差等缺点，制约了其在二氧化碳捕集领域的应用，国内外研究人员开展了大量的碳基吸附材料改性工作，以满足工业应用需求。通过梳理碳基吸附材料造孔和表面改性两方面介绍了近几年国内外研究进展，总结了现有的物理活化法、化学活化法、模板法等造孔方法以及表面氧化、氮杂化、硫杂化、金属杂化等改性方法，并全面分析了不同方法的优缺点。针对目前的造孔技术，综合考虑选用更低成本的软模板剂和更易处理的硬模板剂；而在众多改性方法中，氮杂化改性和金属杂化改性目前研究较多，也是最有可...     

疏水改性MCM-41材料对邻苯二甲酸二丁酯的吸附

基于介孔分子筛亲水性强、对疏水性有机污染物吸附效果不佳的问题,采用3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷作为改性剂对MCM-41分子筛进行表面修饰,制得疏水性的MCM-41。利用XRD、FT-IR等表征方法对材料进行表征,以邻苯二甲酸二丁酯为目标污染物,考察材料的吸附性能。结果表明,所制备的改性MCM-41材料结构性能良好,改性基团成功接枝到分子筛表面;3,3,3-三氟丙基接枝的TFP-MCM-41材料疏水性强于丙基接枝的P-MCM-41和未改性的MCM-41,相应地,其对邻苯二甲酸二丁酯的吸附效果也高于后两者。中性及酸性条件下p H的变化对DBP吸附影响很小,碱性条件不利于DBP吸附。     

改性吸附材料处理水体中砷的研究进展

对炭系、铁系和无机类等4类改性吸附材料除砷方法的研究进展进行了归纳总结。其中,碳系材料性质稳定,由于材料表面性质使得对砷吸附效果不佳;铁系材料对砷有较好亲和力,但由于颗粒小易团聚使得实际应用受限;无机类材料物理性质稳定,但砷吸附容量较小;废弃物类自身材料特性处理适用条件较广泛,但材料存在一些杂质或浸出液毒性。针对不同材料特点介绍材料吸附砷特性及根据材料性能的改性思路,总结材料除砷性能和特点。     

有机/无机酸改性兰炭基活性炭及其对焦化废水的吸附研究

兰炭因其固定碳和化学活性高,且保留了低变质煤丰富的微孔结构,是一种优质且廉价的活性炭原料。但兰炭末制成的兰炭基活性炭具有孔径分布无序、表面化学性质局限等缺点,限制了其应用效果,而化学法改性可以弥补这一不足。笔者研究对比了无机酸和有机酸改性对兰炭基活性炭孔隙结构和表面化学性质的影响。常温下,分别用硝酸、磷酸、草酸和乙酸溶液对水蒸气活化制备的兰炭基活性炭进行改性,采用碘吸附试验、N2吸附/脱附试验、扫描电子显微镜和Boehm滴定等方法考察改性过程对活性炭孔隙结构和表面化学性质的影响,并对焦化废水进行吸附,分别研究了吸附剂投加量、吸附时间和转速对吸附效果的影响,用Langmuir和Freundlich模型模拟等温吸附过程。结果表明:改性后的兰炭基活性炭表面亲和力大的活性点由于受到酸的刻蚀发生了扩孔作用,导致其碘吸附值、比表面积和孔结构参数均降低,又因为活性炭边缘的高活性碳原子遇酸氧化后会结合氧原子形成含氧官能团,故表面含氧官能团含量升高,且氧化性越强的酸,结合的氧原子越多,硝酸改性后含氧官能团升高最明显,含量是改性前的2.41倍。焦化废水吸附试验表明,经酸改性后的兰炭基活性炭对焦化废水的吸附效果明显优于改性前,其中无机酸改性较有机酸更好,硝酸改性效果最佳,COD去除率比改性前最多可提升31.34%。这是因为焦化废水中污染物的主要是有较大分子量和分子直径的有机污染物,而酸改性使兰炭基活性炭平均孔径增加,中大孔比例提升,这有利于大分子有机污染物被吸附,而且改性后活性炭表面所增加的含氧官能团也提高了对污染物的亲水性和对极性有机物的亲和力。等温吸附试验表明,318 K条件下,50 m L焦化废水中加入4 g硝酸改性兰炭基活性炭吸附90 min后,COD去除率可达86.79%,吸附过程符合Langmuir模型。     

活性炭对诺氟沙星吸附效果的研究

文章以诺氟沙星吸附量为指标,采用硝酸改性和高温热处理两种改性活性炭对诺氟沙星进行吸附研究。结果表明:活性炭对诺氟沙星的吸附主要发生在中孔,中孔孔容和中孔比表面积是影响吸附的主要因素;同时活性炭表面碱性基团量越多,吸附效果越好。硝酸改性不利于活性炭对诺氟沙星的吸附;高温热处理则有利于活性炭的吸附。     

介质阻挡放电等离子体改性碳基材料研究进展

介质阻挡放电等离子体因其高效、经济和易操作等优点, 使得其在材料表面改性方面得到了广泛的应用, 同时表现出良好的应用前景。碳基材料由于其许多良好的物化性能, 使得其在很多领域都得到了很好的应用。而经DBD改性后的碳基材料表现出更好的物化性能, 应用更加广泛。主要综述了DBD在改性碳基材料方面的研究现状, 包括活性基团的引入, DBD改性对碳基材料界面结合能、吸附性能、物理结构及其对负载组分分散度的影响。指出改性过程中仍然存在的许多不够完善之处, 提出许多需要进一步深入研究的问题, 如DBD改性对碳基材料物化性能影响的机理研究, 并展望了DBD改性碳基材料技术未来的发展前景。     

改性市政污泥对水中苯酚的吸附性能研究

采用高效、低成本的吸附材料去除废水中酚类有机物一直是工业废水深度处理的迫切需求,利用市政污泥分别经碳化、碱活化及磁化后制备获得改性污泥基吸附剂为碳化污泥(Carbonized sludge, CS)、碱活化污泥(Activated carbonized sludge, ACS)、磁改性污泥(Magnetic activated carbonized sludge, MACS),对水溶液中苯酚进行了吸附实验,并对3种吸附材料特性进行了表征。研究表明,KOH活化可提升CS的孔隙率,磁改性可显著提高材料的比表面积,使孔径范围向介孔集中,改性后羟基和羰基等含氧官能团大幅增加,ACS和MACS均表现出较高的吸附量,但其吸附量显著受污染物浓度和反应时间影响,CS对苯酚的吸附主要受化学过程控制,而ACS和MACS的吸附除有化学吸附外,介孔效应也是其吸附的重要机制,综合吸附效能从高到低依次为MACS>ACS>CS。     

改性介孔硅对重金属离子的吸附及影响

近年来,随着我国经济的飞速发展,我国对水质要求逐渐提高,对水中重金属离子的去除更加重视。传统的吸附剂由于吸附能力有限,寻找新型的高效吸附剂已成为新型吸附材料领域的研究热点。多级孔二氧化硅材料具有不同等级尺度的孔道结构、较高的比表面积和孔体积等优点,但其对水中重金属离子的吸附效果并不明显,所以使用硅烷试剂对其改性,提高其对水中重金属离子的吸附能力,探讨一种利用改性介孔硅吸附剂处理废水中重金属离子的经济高效的方法。     

改性鱼鳞基多级孔碳对水溶液中六价铬离子的吸附研究

本文研究了鱼鳞基多级孔碳以及乙二胺改性鱼鳞基多级孔碳的吸附行为。研究了不同浓度乙二胺溶液对改性效果的影响。实验结果表明,乙二胺改性鱼鳞基多级孔碳提高了其对六价铬离子的吸附效果,其中浓度为20%乙二胺溶液改性的鱼鳞基多级孔碳效果最好,最大吸附量为322.6mg/g。乙二胺改性鱼鳞基多级孔碳能将水溶液中的六价铬离子还原成低毒性的三价铬离子。研究表明,乙二胺改性鱼鳞基多级孔碳在含铬废水的处理中具有潜在的应用前景。     

有序介孔分子筛SBA-15的改性研究进展

综述了有序介孔分子筛SBA-15材料由于其骨架缺陷少,导致催化活性较低,为了扩展其在催化、大分子吸附领域的应用,需要在SBA-15表面引入活性组分的现状。从改性机理和方法出发,并结合了近年来国内外研究现状,SBA-15在金属改性和酸改性领域的应用,对今后的研究方向做出了展望。