活性炭表面化学改性技术的研究进展与展望

活性炭表面官能团和杂原子的数量与种类是影响活性炭吸附性能的重要因素。国内外研究表明,通过对活性炭进行表面改性可以显著改善活性炭对特定物质的吸附性能。文章简要介绍了活性炭的物理和化学性质,并从活性炭材料的表面化学性质方面论述了近年来国内外在活性炭材料改性方面的研究进展,最后提出了活性炭表面改性技术的发展方向和趋势。     

烟气脱硫用炭材料的改性研究进展

介绍了活性炭的物理结构、化学性质及其脱硫机理,并从材料角度分析了提高活性炭脱硫性能的方法,综述了烟气脱硫用炭材料的表面结构改性和表面化学改性。与商品活性炭相比,经过改性处理的活性炭的脱硫性能明显提高,具有良好的工业应用前景。     

活性炭改性研究进展

本文从表面物理结构特性和表面化学结构特性两方面阐述了活性炭改性技术的研究进展。改性思路主要是改变活性炭孔隙结构和表面官能团两方面,孔隙结构越丰富吸附能力越强,根据表面官能团的不同性质可用于吸附特定吸附质。文章综述了国内外关于活性炭材料的改性研究,为此方向日后的研究提供了借鉴和参考。     

改性活性炭材料用于烟气脱硫

活性炭(AC)材料用于烟气脱硫与其表面化学结构有关,活性炭材料的表面改性是提高其烟气脱硫活性的有效途径。综述了活性炭材料的热处理、表面含氧含氮官能团、表面碱性基团、表面负载金属及其化合物以及含氮或含碘物质的掺入对其脱硫活性的影响。     

改性活性炭材料用于烟气脱硫

活性炭（AC）材料用于烟气脱硫与其表面化学结构有关，活性炭材料的表面改性是提高其烟气脱硫活性的有效途径。综述了活性炭材料的热处理、表面含氧含氮官能团、表面碱性基团、表面负载金属及其化合物以及含氮或含碘物质的掺入对其脱硫活性的影响。     

湿度对油烟中易挥发有机化合物吸附的影响

主要研究了甲醛、乙醛和苯在有机硅烷KH560和1706改性活性炭(AC)表面的脱附活化能,并通过透过曲线实验测定了不同湿度对三者在改性活性炭上吸附的影响,最后用光电子能谱(XPS)分析材料表面的亲水基团和憎水基团比例的变化。结果表明,采用有机硅烷改性活性炭可提高材料的憎水性,在较高湿度下(RH60%),三者在未改性活性炭固定床穿透时间减少得最多,1706/AC固定床次之,KH560/AC固定床最小;程序升温脱附(TPD)实验表明,用有机硅烷改性活性炭可以削弱水和活性炭表面的结合力,增强与甲醛、乙醛和苯的结合力。通过XPS分析,与未改性活性炭相比,经有机硅烷改性的活性炭,其憎水性得到提高。     

活性炭微观结构调控与甲苯二胺选择性吸附研究

从活性炭、硅藻土、ZSM-5分子筛、人造沸石等常见多孔材料中,筛选出吸附性能较优的活性炭作为吸附剂,通过酸、碱等改性方法对活性炭孔结构和表面官能团进行调控,并采用静态吸附实验研究了改性活性炭吸附分离TDA焦油的效果。结果表明,活性炭的孔结构主要影响活性炭对甲苯二胺焦油的总吸附容量,而活性炭的表面官能团则显著影响TDA的选择性,酸性基团有利于增强活性炭对TDA的选择性。在最优条件下,CH₃COOH改性活性炭对TDA的选择性达到98%以上,改性活性炭吸附过程受到化学吸附因素控制。     

活性炭材料用于烟气脱硫脱氮的研究现状及展望

活性炭材料因具有丰富的孔结构和较大的比表面积，而被用于大气污染治理。本文对活性炭材料用于烟气脱硫(目前主要集中在活性炭表面的含氧、含氮官能团的引入以及表面负载金属及其化合物的研究)和烟气脱氮(主要是把活性炭材料当作载体，在其它还原性气体的气氛下活性炭材料表面改性研究)的研究现状进行了综述。最后展望了活性炭材料用于烟气脱硫和烟气脱氮的未来。     

(NH4)2S2O8/AC氧化改性电极材料的制备及性能表征

以煤质活性炭(AC)为研究对象,通过(NH₄)₂S₂O₈氧化改性提高其电吸附性能。将活性炭材料制备成电极并在电容去离子技术(EST)下进行实验,对改性前后活性炭的表面形貌、表面官能团、孔结构变化进行对比分析。结果表明,活性炭经过1.5 mol/L的(NH₄)₂S₂O₈改性后比电容最大;改性后的活性炭电极比电容增大,改性后相比改性前孔容、平均孔径均下降;改性后的材料表面光滑、杂质较少、孔隙结构发达、含氧官能团增多;利用单因素和Box-Behnken响应面法得到改性后材料制备的最佳工艺为：1.59 g的AC在54.22℃下氧化改性4.93 h,电极比电容为259.850 F/g,改性后电极的CV曲线证明由于其含有赝电容从而使电化学性能得到提高。     

活性炭改性方法及其在水处理中的应用

从表面物理结构特性改性、表面化学性质的改性和电化学性质的改性三个方面综述了活性炭的改性方法;对改性活性炭在水处理中的应用做了深沉思考;分析了各种改性方法的优缺点,并展望了活性炭的改性和应用的发展方向.指出活性炭改性在水处理中的方向应根据污水水质和原活性炭的性质确定,今后的发展方向和研究重点是活性炭电化学改性、将各种改性方法结合起来对活性炭进行协同改性、活性炭负载纳米TiO2的光催化降解以及活性炭的生物吸附.     

碳材料用于低温选择性催化还原脱硝的研究进展

选择性催化还原技术是目前消除NOx的主流技术。碳材料作为自然界广泛存在的一种材料,具有比表面积大、化学稳定性好、结构可调控和表面可改性等优点,广泛应用于低温选择性催化还原反应。综述不同类型碳材料包括活性炭、活性炭纤维、碳纳米管、石墨烯和多孔碳在低温选择性催化还原中的应用,介绍碳材料作为活性组分和催化剂载体的使用情况,讨论表面化学改性对催化NOx性能的影响,阐述碳材料在加快反应速率和提升催化剂抗硫中毒方面的独特性能,并展望碳材料作为新型载体材料在低温选择性催化还原中的应用前景。     

活性炭吸附处理含酚废水的研究进展

含酚废水对环境和生物有较大危害,是一种常见的化工废水。活性炭作为良好的吸附剂被广泛用于污水处理,也常被用于吸附处理含酚废水。最新的研究集中于开发利用各种含碳原材料,并探究活性炭制备和改性方法,以改善活性炭对酚类的吸附性能。部分机理研究则关注活性炭的孔隙结构和表面官能团及其对吸附酚类性能的影响。本文从活性炭的制备和改性出发,归纳整理活性炭吸附酚类的特性和机理,分析吸附过程的主要影响因素,并对研究发展方向进行推论和展望。分析表明含碳量高的原材料适合制备活性炭,尤其是含碳废弃物。活性炭的苯酚吸附性能受比表面积和表面官能团的共同影响,这对于活性炭的制备和改性有指导意义。活性炭吸附苯酚的具体应用中,需要控制粒度、pH、温度、吸附时间和竞争吸附等影响因素。     

煤化工VOCs吸附处理技术研究进展及展望

煤化工产生的挥发性有机物VOCs气体成分复杂且有毒有害,为了避免煤化工VOCs及其光化学产物对环境和人体健康产生危害,通过分析VOCs气体的排放控制及处理技术,指出煤化工VOCs吸附技术是可以控制VOCs排放、回收吸附材料及回收有价值VOCs的经济、有效的VOCs去除技术。通过分析煤化工VOCs吸附的物理与化学过程及其影响因素、解吸附的过程与方法,对常用的吸附材料的改性研究及发展进行了综述,通过对比不同吸附装置的结构、吸附特点及优缺点,将煤化工VOCs吸附技术与其他技术的组合实际工程应用进行了比较分析,并展望了吸附技术的未来研究方向。影响吸附过程的因素有吸附材料的结构特性、表面化学性质及亲疏性热稳定性等物理化学特性,被吸附物质VOCs的分子特性、吸附剂与吸附质之间的相互作用、不同吸附质之间的相互竞争、吸附环境等;物理吸附过程包括外表面传值吸附阶段、内部表面扩散阶段、不同孔径孔隙之间的平衡阶段;吸附剂微孔提供了主要的吸附位点,而中孔及大孔则增强了VOCs的扩散通道。吸附材料经过适当改性具有优异的VOCs吸附能力;采用H2O2浸渍法改性可提高活性炭纤维表面含氧官能团含量,吸附能力增强;采用具有强氧化性的浓硫酸等改性使活性炭表面具有含氧基团,增强活性炭对氮的吸附能力;用碱性氢氧化物改性的活性炭增加了比表面积,用酸改性可增加表面官能团,用KOH活化可获得更好的孔隙率。需要针对VOCs种类、浓度、流量及排放量等特性选择适合的吸附装置。吸附技术是控制煤化工VOCs排放和回收有价值VOCs再利用的经济、有效且具有前景的技术,可与其他技术组合处理VOCs气体,进行有利用价值VOCs气体的回收利用,实现VOCs废气排放达标。吸附技术未来研究重点是吸附材料改性(或定向改性)、新型改性方法及新型吸附材料研究、高效低成本吸附装置研究、多组分吸附质同时脱除研究,并提出了多组分VOCs吸附及解吸附的复合吸附装置研究思路。     

Surface modification of carbonaceous materials for EDLCs application

In this study, carbonaceous materials such as activated carbon and activated carbon aerogel were chemically modified with a surfactant sodium oleate in order to improve their specific capacitance and energy storage in electrochemical double-layer capacitors (EDLCs). Optimal conditions for surface modification of activated carbon have been examined as a surfactant solution concentration of 0.25 wt.% together with a time of 24 h for treatment at 25 °C. Specific capacitance and energy density can be improved significantly by surface modification of carbon materials. The enhancement in specific capacitance and energy density is mainly attributable to improvement in wettability of carbon materials, which results in a higher usable surface area and a smaller internal resistance. The effects from surface modification become more marked at higher discharge rates, at which the internal resistance has a more important impact on the energy delivery. A two times energy density of the original carbon could be achieved for the modified carbon materials at a high discharge rate, which indicates that the modified carbons are more suitable in EDLCs for high current applications. In addition, the modified carbon materials possess excellent cycle stability (the capacity decay was only 4% after 20,000 cycles).     

The characterization of activated carbons with oxygen and nitrogen surface groups

The physicochemical properties and the surface chemical structure of the carbon materials obtained by the modification of the commercial activated carbon D43/1 (Carbo-Tech, Essen, Germany) were studied. The previously de-ashed activated carbon was subjected to the following modification procedures: high-temperature treatment (1000 K) under vacuum; oxidation with conc, nitric acid; and ammonia-treatment of annealed and oxidised carbons at high temperatures. The porous structure and the surface area of the five different carbon samples obtained were estimated by means of mercury porosimetry and from low-temperature nitrogen adsorption data. The thermogravimetric analysis and the quantitative determination of surface functional groups by selective neutralisation of bases and pH-metric titration were carried out. FTIR spectra (transmission) and X-ray photoelectron spectra (Cls, Ols and Nls) were obtained for all the carbon samples and compared with one another. The changes in the porosity and the chemical properties of the carbon surface caused by the modification were analysed. Some possible surface functional species, their structure and surface state are discussed.     

The examination of surface chemistry and porosity of carbon nanostructured adsorbents for 1-naphthol removal from petrochemical wastewater streams

Chemically modified mesoporous carbon (CMMC) and chemically modified activated carbon (CMAC) were prepared by an acid surface modification method from mesoporous carbon (MC) and commercial activated carbon (AC) by wet impregnation method. The structural order and textural properties of the nanoporous materials were studied by XRD and nitrogen adsorption. The presence of carboxylic functional groups on the carbon surface was confirmed by FTIR analyses. Adsorption of 1-naphthol over various porous adsorbents such as CMMC, CMAC, MC and AC was studied. The adsorption isotherms of 1-naphthol were in agreement with a Langmuir model; moreover, the uptake capacity of 1-naphthol followed the order: CMMC>MC>CMAC>AC.     

烟气脱硝活性炭的研究进展

活性炭有很强的吸附能力和催化能力,在烟气脱硫脱硝领域有很好的发展前景。近年来对活性炭改性方法研究很多,主要有物理改性法和化学改性法,物理改性法以微波辐射法为代表,化学改性法又分为氧化改性法、还原改性法和负载法。影响改性活性炭吸附性能的因素主要有自身因素和环境因素,材质、工艺的不同会造成比表面积、孔隙率、孔径分布的不同而直接影响改性的成败,烟气中的二氧化硫、氧气、水蒸气以及脱硝温度也会影响改性活性炭的吸附能力。     

活性炭孔结构及电化学性能协同优化

以马尾藻为原料,采用KOH活化法制备了高微孔率马尾藻基活性炭,结合二氧化碳与碳反应动力学机理,对马尾藻基活性炭进行二氧化碳扩孔改性,研究了二氧化碳改性对高微孔率马尾藻基活性炭孔结构特性和电化学性能的影响。研究表明：二氧化碳改性后马尾藻基活性炭的比表面积明显减小,由3155m²/g减小至2776m²/g,但是改性后活性炭中孔比表面积明显增大,由181m²/g增大至538m²/g,活性炭孔径介于2~8nm的中孔含量明显增多,比表面积的减少是由于微孔比表面积的减少导致的。改性后活性炭微孔含量降低,孔径介于0.4~0.6nm的微孔结构基本消失,但是孔径介于0.6~1nm的微孔结构却有所增加,活性炭微孔平均孔径增大。改性后马尾藻基活性炭的比电容性能以及倍率性能得到明显提升。经过二氧化碳改性后,马尾藻基活性炭的孔结构和电化学性能得到协同优化。