氨水改性活性炭及其吸附性能的实验研究

针对煤层气提纯分离所用活性炭进行氨水改性研究,探讨氨水浓度和改性时间对活性炭吸附CH4和N2的等温线、分离因子以及其表面化学结构的影响。结果表明:氨水改性后活性炭对甲烷吸附量提高了2.08%,并且分离系数由原始的5.02提高到5.38,其中吸附量的决定性因素在于活性炭样品的孔径大小,另外改性后在表面引入了碱性基团,改变了样品的极性,其中12 h,10%浓度氨水改性活性炭效果最佳。     

活性炭表面改性及其对CO_2吸附性能的影响

采用硝化-还原法对高比表面积活性炭进行改性以提高其对CO2的吸附性能。利用氮吸附、FT-IR、元素分析、XPS等方法对改性前后的样品进行表征,并通过高压吸附装置测试CO2吸附性能。结果表明,改性样品对CO2的吸附量在室温下和319.15K下分别为17.72mmol/g和14.01mmol/g,比原样分别提高了49%和70%(单位比表面积吸附量的增加幅度),这可能与改性样品的表面连接了碱性较强的伯氨基等含氮官能团有关。改性样品经4轮缓和条件下的吸附-脱附循环后,吸附量未明显下降,表明改性样品仍以物理吸附为主。     

改性活性炭对苯废气吸附性能的研究

对低浓度含苯废气的有效去除方法之一是活性炭吸附法。针对治理工业含苯废气，研制了高吸附量、低成本的活性炭。亦即，通过对普通煤质活性炭进行酸碱改性处理，除去酸碱可溶性物质，使活性炭的灰分大大降低，从而提高了活性的比表面积，同时，提高了活性炭的吸附活性。进而，通过研究不同的改性方法对活性炭的苯饱和吸附量、比表面积、孔径及灰分的影响，确定了最佳改性方法。研究结果表明：采用酸、碱交替改性方法处理普通活性炭，是提高活性炭的苯吸附量、增大比表面积的简单有效方法。     

活性炭改性及其对噻吩吸附性能的研究

吸附是一种极具应用前景的汽油深度脱硫分离技术。采用硝酸氧化、焙烧、负载金属等方法对活性炭进行改性,利用静态实验研究了改性活性炭对模拟汽油中噻吩的吸附脱除性能。结果表明硝酸氧化可以增加活性炭表面酸性基团的量,提高脱硫性能;N2气氛下焙烧后吸附剂脱硫效果明显优于未处理活性炭;活性炭表面负载Fe、Zn、Cu、Ni金属离子改性中,Fe离子改性活性炭脱硫效果最好。根据上述实验结果,进行了活性炭复合改性实验,得出68%硝酸氧化后再进行Fe离子负载,吸附剂脱硫率最高,噻吩的脱硫率可达到85%。     

接枝内酯基活性炭增强苯乙烯吸附性能研究

活性炭以其丰富的孔道结构和高比表面积而在吸附苯乙烯废气上具有巨大的应用潜力,然而含氧官能团对弱极性苯乙烯的吸附作用机理尚未明晰。本研究通过酸浸渍法制备改性活性炭AC-S和AC-N,探究改性活性炭孔径结构、比表面积和含氧官能团的演变规律及其对苯乙烯吸附性能的影响。结果表明,酸改性可以明显提高活性炭对苯乙烯的吸附量。通过吸附动力学、吸附等温拟合发现,活性炭改性前后均受物理吸附与化学吸附的复合作用影响,改性后活性炭更倾向于单层吸附。HNO₃改性活性炭(AC-N)的孔隙结构在苯乙烯有效吸附孔径范围内没有显著改变,表面含氧官能团含量增加提高了AC-N对苯乙烯的吸附性能。表面含氧官能团分析表明,内酯基是提高改性活性炭对苯乙烯吸附量的关键因素。密度泛函理论(DFT)计算表明, AC-N上的内酯基官能团与苯乙烯的乙烯基产生强相互作用,增强了苯乙烯在改性活性炭上的吸附。     

沙柳活性炭纤维改性及其对铅离子的吸附性能

采用硝酸对自制的沙柳活性炭纤维进行处理来制备改性吸附材,并与未改性活性炭纤维进行对比,借助红外光谱、扫描电镜等方法分析两者的性能及结构差异。在含铅污水的净化试验中,重点对比分析了水溶液pH值对吸附效果的影响,线性吸附等温线及吸附动力学模型拟合的差异及循环再吸附性能。结果表明:经硝酸改性后活性炭纤维的整体形貌保持不变,其表面含氧官能团及微孔数量增多。随着pH值的增大,改性吸附剂对铅离子的吸附量和吸附速率均大于未改性活性炭,用Langmuir吸附等温线模型和准二级动力学模型可以更好地描述此吸附过程,且改性活性炭纤维具有良好的循环再吸附性能。     

柠檬酸钠改性的活性炭对铜离子的吸附性能

将活性炭(AC)浸渍于5%～15%的柠檬酸钠溶液中,制得柠檬酸钠-活性炭(Nx-AC,x%为柠檬酸钠溶液质量浓度)。利用N2吸附法、傅里叶转换红外光谱法和Boehm滴定法表征了Nx-AC的孔结构和表面化学性质,并采用静态吸附法,考察了Nx-AC及吸附饱和再生后的Nx-AC对铜离子的吸附性能。结果表明,表面总酸度对Nx-AC的吸附性能有显著的影响。随着柠檬酸钠浸渍液浓度的增加,Nx-AC对铜离子的吸附容量逐渐增大,其中,吸附剂N15-AC对铜离子的吸附容量可达AC对铜离子的吸附容量的2.76倍。一次再生和二次再生后的N15-AC对铜离子的吸附容量分别可达新鲜N15-AC的98.2%和95.9%。     

硫脲改性活性炭及吸附金性能研究

为了改善活性炭吸附性能,利用硫脲溶液在超声波辅助条件下对活性炭进行改性,探究了不同改性及吸附条件下的吸附金的效果,利用场发射扫描电镜(SEM)及傅里叶红外光谱仪(FT-IR)对改性前后的活性炭孔结构和表面特性进行表征。结果表明,最佳改性条件为3 mol/L的硫脲溶液,温度为95～100℃,时间为3 h;吸附环境适宜pH值为2～2.5,投入0.5 g改性炭,吸附时间为1.5 h,吸附率达到97%。表征发现,改性后活性炭孔结构明显,比表面积增大。硫脲的加入改变了原有基团的波谱峰,同时产生了新基团,如—NH_2、■、C—H、■等,增强炭的吸附。改性炭的吸附等温线符合Langmuir与Freundlich等温线模型,表明改性炭的吸附模式是以单分子层吸附为主与多层吸附共同作用的吸附模式,拟合后得到的饱和吸附容量为0.208 mmol/g,实际得到的饱和吸附容量为(0.194 mmol/g),吸附效果较好。     

改性活性炭吸附甲苯废气的研究进展

甲苯是一种有毒的挥发性有机物,会对环境造成严重危害。活性炭吸附法是处理甲苯的经典工艺,但普通活性炭通常存在灰分高、吸附选择性差、孔径分布不均匀及表面官能团限制等问题。为了更高效、更有针对性地吸附目标物质,需要对活性炭进行改性处理。研究人员从选择合适的改性物质、处理工艺、操作条件及改性物剂量等方面不断尝试来确定最佳改性方法。目前活性炭的改性方法主要有酸碱改性法、负载杂原子和化合物改性法、低温等离子体改性法、微波改性法等。酸碱改性法通过去除活性炭中酸碱可溶性物质来降低灰分含量,从而扩大其比表面积和孔道容积。相较酸改性,碱改性可提高活性炭表面碱性官能团数量,增强其表面π-π色散力,使活性炭整体的非极性提升,有利于其吸附弱极性的甲苯。负载杂原子和化合物改性法是利用负载的杂原子和化合物与甲苯之间的络合作用来提高活性炭的吸附性能,但引入的杂原子和化合物含量过高时易堵塞孔道,降低活性炭对甲苯的吸附容量。低温等离子改性法具有能耗低、使用范围广和效率高等优点,是一项去除污染物的环保新技术,不仅可改变活性炭表面的化学性质,也会对其界面物性产生影响,在活性炭表面处理方面显示出广阔的应用前景。微波改性法利用微波能量在活性炭表面产生更多的活性位点,配合通入的还原性气体还能分解活性炭表面的酸性官能团,增强其碱性。微波加热可以去除活性炭孔道内部的杂质,但随着温度的升高,会造成炭骨架收缩,不利于吸附的进行。其中微波辐照功率、改性物的浓度及辐照时间是微波改性法中需要控制的关键因素。本文综述了活性炭及各种改性活性炭吸附甲苯的研究进展,通过吸附等温模型对比分析了不同改性活性炭对甲苯的吸附性能及吸附机理。研究表明,活性炭的比表面积、孔道结构及表面化学性质等是影响吸附性能的主要原因。本文还探讨了不同改性方法对活性炭理化性质的影响,对于提高活性炭的吸附效率具有重要意义,也为研制高效吸附甲苯的改性活性炭奠定了理论基础。最后,提出了活性炭研究中亟待解决的问题与其今后的发展方向,为后续研究和工业生产应用提供参考。     

活性炭的双氧水表面改性及其吸附二氧化硫性能研究

目的 制备武器装备贮存微环境用单组分的二氧化硫吸附材料。方法 采用双氧水对椰壳活性炭进行表面改性,研究改性活性炭孔隙结构、表面化学性质的变化及其对二氧化硫吸附性能的影响。结果 活性炭存在微孔和中孔,改性后活性炭比表面积略有增加,平均孔径减小。双氧水与活性炭反应起到刻蚀作用,在活性炭表面产生了纳米尺度的网孔结构,降低了活性炭表面碳微晶有序程度,同时双氧水与活性炭反应时起到了氧化作用,提升了活性炭表面氧元素和含氧官能团含量。体积分数为20%的双氧水改性活性炭的吸附容量最高,达到154.15 mg/g,约为改性前的5倍。结论 双氧水对活性炭经表面改性后,产生了纳米尺度的孔隙,并提升了活性炭表面含氧官能团,在两者协同作用下显著提升活性炭对SO₂吸附性能,具有良好的装备应用前景。     

还原和氧化改性活性炭对亚甲基蓝吸附性能的影响

分别采用NaOH、NH3.H2O、H2O2以及不同浓度的HNO3溶液对微孔颗粒活性炭浸渍改性,通过静态试验研究了改型活性炭对水溶液中亚甲基蓝吸附特性的研究,并从动力学角度探讨吸附机理。实验结果表明,硝酸改性后表面的羧基含量增加,酚羟基含量减少;氢氧化钠和氨水改性后,碱性基团含量显著增加;硝酸改性后活性炭的吸附量略有增加,碱液改性和硫酸镁改性后活性炭吸附量略有减少。改性后活性炭材料对亚甲基蓝吸附均更符合伪二级吸附模型,R2>0.99。     

酸改性活性炭对EDTA废水的吸附

采用盐酸和硝酸对活性炭进行改性处理获得酸改性活性炭,并将其用于处理EDTA废水。考察改性条件(如酸的种类、改性时间和酸的浓度)、振荡速度和酸改性活性炭投加量等因素对吸附效果的影响,同时采用吸附等温模型和吸附动力学模型进行拟合分析。结果表明,采用1.0mol/L盐酸改性12h所获得的改性活性炭吸附效果最好。在EDTA初始浓度为300mg/L、溶液体积为50mL、温度为20℃、振荡速度为200r/min,改性活性炭投加量为0.2g时,48h后吸附量为47.1 mg/g,吸附率为62.8%;而当改性活性炭投加量增加到2.0g时,吸附率达到93.8%。改性活性炭对EDTA的吸附很好地符合Langmuir吸附等温模型(0.9963),其吸附动力学行为可用Bangham动力学方程和准二级动力学方程来描述。     

氧化改性活性炭吸附脱氮选择性研究

以芳烃萘作为参照物,研究了超大比表面积活性炭MSC-30对喹啉、吲哚和咔唑的吸附选择性。进一步采用3种不同的氧化改性方法对MSC-30活性炭进行了氧化改性,考察氧化改性对活性炭吸附脱氮选择性的影响。结果表明,该活性炭及氧化改性样品选择性吸附脱氮。氧化改性后,活性炭对氮化物的选择性进一步提高,并且对氮化物的吸附量增加。通过量子化学密度泛函理论(DFT)对目标吸附质的前线轨道能量分布进行计算,结果证明,活性炭对于氮化物的吸附选择性高于对芳烃萘的选择性,这和吸附质的反应活泼顺序一致。氧化改性的活性炭,由于表面含氧基团增加,不利于吸附稳定的萘,而有利于吸附较活泼的吲哚和喹啉,尤其倾向于吸附碱性氮化物喹啉。在强氧化的活性炭样品MSC-N和MSC-NS上,喹啉的吸附量分别高达1.05和1.06mmol/g。     

改性沉珠对吸附脱除SO2效率的影响

SO₂是目前危害最大的大气污染源之一,为控制SO₂的超标排放,我国展开了多种脱硫剂的研究。其中粉煤灰经改性后脱硫效果得到大幅度提升。沉珠是可从粉煤灰中分选而来的一种特殊的微珠,不仅化学组分与粉煤灰基本相似,而且具有比常规粉煤灰更强的“火山灰活性”。为了探究改性沉珠对吸附脱除SO₂效率的影响,对比分析改性前后沉珠的矿物组成、颗粒形貌等,并在模拟干法烟气脱硫实验平台上,实验研究改性沉珠与传统Ca(OH)₂脱硫剂吸附脱除SO₂的效率。结果表明：改性沉珠比原状沉珠的比表面积更大,孔隙更多,有利于提升吸附脱除烟气中SO₂的效率;沉珠改性后生成水合硅酸钙、水合铝酸钙、水合硅铝酸钙等产物;对比分析Ca(OH)₂与改性沉珠的脱硫效率,Ca(OH)₂的脱硫效率随时间推移明显降低,最高脱硫率为93.5%,而改性沉珠的脱硫效率稳定,最高脱硫率高达100%且持续80 min,脱硫效果明显远优于Ca(OH)₂。     

高温热处理对活性炭纤维微孔及表面性能的影响

研究了1173K高温改性处理对沥青基活性炭纤维吸附性能、孔径分布、微孔结构和表面化学的影响。低温(77K)N2吸附结果表明热处理后活性炭纤维比表面积略有下降，通过密度函数理论解析活性炭纤维全孔范围的孔分布得出活性炭纤维表面孔径大于1．0nm的微孔明显减少，微孔孔径更加集中于0．5nm～1．0nm，从而提高了活性炭纤维的碘吸附值。X射线衍射分析表明活性炭纤维是乱层石墨结构，热处理使活性炭纤维类石墨微晶碳层面的层间距下降，X光电子能谱分析表明热处理后活性炭纤维表面的含氧官能团C=O和COOH的含量变化不大，而呈碱性酚羟基C—OH含量的明显下降使活性炭纤维表面碱性降低。     

改性松果活性炭去除Cr6+的研究

为了提高水中Cr⁶⁺的去除效率,以松果粉末(PC)为原料,利用H₃PO₄改性法制备了低成本高比表面的改性松果活性炭(PCAC)。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪和全自动比表面积分析仪对PCAC表面理化性质变化进行表征。通过静态吸附实验探究其对Cr⁶⁺的吸附性能,测定了溶液初始pH、PCAC投加量和吸附时间对Cr⁶⁺吸附性能的影响。根据吸附动力学和吸附等温线,探讨了PCAC对Cr⁶⁺的吸附机理。结果表明：经H₃PO₄改性制备的PCAC比表面积和孔隙体积分别为1669.2m²/g和0.851cm³/g,高于未改性的PC;对于100mg/L Cr⁶⁺模拟废水,最佳吸附条件：pH=2、PCAC投加量0.5g、吸附时间3h,此时PCAC对Cr⁶⁺的去除率最大且为99.97%;吸附动力学数据拟合分析,拟二级动力学模型较好...     

三氯化铁改性活性炭(Fe3+-AC)对Cr(Ⅵ)的吸附研究

工业化发展导致废水中含有大量重金属离子,去除重金属离子成为水质净化的研究热点。以活性炭(AC)为主体吸附剂,进行三氯化铁改性,制备出三氯化铁改性活性炭吸附剂(Fe³⁺-AC),通过X射线衍射(XRD)、红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)对其结构进行表征。结果表明：三氯化铁已成功改性活性炭,改性后吸附剂Fe³⁺-AC孔径较AC有所增大,更有利于离子吸附。进一步探究Fe³⁺-AC对Cr(Ⅵ)的吸附能力,吸附时间为300min,吸附剂投加量为0.2g, pH为6时,吸附效果最好,在此条件下,Fe³⁺-AC对Cr(Ⅵ)的去除率接近90%,为后续循环吸附研究奠定基础。     

低浓度酸碱改性竹质活性炭对甲醛吸附性能的研究

甲醛作为室内空气的主要污染物之一,对人类的健康造成极大的危害.能否有效去除甲醛已成为人们关注的热点,而吸附法被认为是一种去除甲醛的重要方法.本研究采用低浓度的硝酸、草酸、双氧水和氢氧化钠于常温下浸渍处理竹质活性炭,利用环境扫描电子显微镜(E-SEM)、比表面积分析仪(BET)、傅里叶变换红外光谱(FTlR)和X射线光电子能谱(XPS)对改性前后的活性炭形貌、孔隙特征和表面官能团进行表征,并运用静、动态甲醛检测分析装置评价改性后的竹质活性炭对甲醛的吸附效果.结果表明,与未处理竹质活性炭相比,四种改性处理的竹质活性炭样品表面都有不同程度的蚀刻和皱缩,微孔数量均有不同程度的增加,但氢氧化钠改性竹质活性炭平均孔径为1.89 nm,小于未处理竹质活性炭孔径.改性前后竹质活性炭的FTlR特征吸收峰的峰形没有明显变化,只是峰强有所差异;XPS结果表明改性后竹质活性炭的含氧量均有所增加;改性活性炭对甲醛的去除能力明显提高了,其中硝酸改性竹质活性炭性能最好,主要原因是硝酸改性活性炭表面羰基和酯基的协同作用增强,提高了活性炭的极性,有利于对极性甲醛分子的吸附.     

氧化活性炭在模型油中吸附脱氮性能研究

采用3种不同的氧化改性方法对MSC-30活性炭进行了氧化改性。结果表明,随着氧化程度逐渐加深,活性炭的比表面积(微孔孔容)逐渐降低,而表面含氧基团却逐渐增加。深度氧化有利于羧基的形成。对于单组份氮杂环化合物喹啉、吲哚和咔唑的吸附,原始活性炭对咔唑的吸附量最高,可达到1.104mmol/g。氧化后的活性炭样品保持对咔唑的吸附量,同时显著提高对喹啉和吲哚的吸附量。其中,对喹啉和吲哚的最高吸附量分别达到1.157和1.024mmol/g。活性炭对含3组分氮的模型油的吸附结果进一步表明3种氧化改性方法均提高了活性炭的吸氮量,尤其有利于碱性氮化物的吸附。