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果壳活性炭材料的改性研究与进展促进企业的进步与发展
更新时间：2013-07-26 12:59 来源:龙达水处理 点击数：
果壳活性炭材料的改性研究与进展促进企业的进步与发展
果壳活性炭的表面物理结构：
果壳活性炭的表面物理结构主要是指孔径分布、比表面积和微孔容积等。
果壳活性炭的孔径分布是影响吸附容量的主要因素。这是因为由于分子筛的作用，尺寸较大的吸附质分子不能进入孔直径比其小的孔内，吸附状态主要有：
(1)当吸附质分子大于孔直径时，因分子筛的作用，分子无法进入孔内，起不到吸附的作用。
(2)当吸附质分子约等于孔直径时，活性炭的捕捉能力非常强，但仅适用于极低浓度下的吸附。
(3)当吸附质分子小于孔直径时，在孔内会发生毛细凝聚作用，使得活性炭的吸附量大。
(4)当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。
根据资料报道,对吸附剂利用率高的孔径和吸附质分子直径的比值为1.7～3.0为宜，对需要重复再生的吸附剂这一比值为3～6或更高为宜。
果壳活性炭的表面物理结构改性
一般来说，活性炭表面物理结构特性的改性方法有3种：物理法、化学法和物理化学联合法，而后两种方法较常用。
物理法：物理改性法通常包括两个步骤:首先是对原料进行炭化处理以除去其中的可挥发成分，然后用合适的氧化性气体(如水蒸气、二氧化碳、氧气或空气)对炭化物进行活化处理。通过开孔、扩孔和创造新孔形成发达的孔隙结构。
化学法：化学改性法主要是将含碳物料与不同的化学药品均匀混合或浸渍，在一定温度下经过炭化和活化，并回收化学药品后得到具有更加丰富的微孔活性炭。常用的活化剂有碱金属、碱土金属的氢氧化物、无机盐类以及一些酸类。目前应用较多、较成熟的化学活化剂有KOH、NaOH、ZnCl2、CaCl2和H3PO4等。
物理化学联合法：物理化学联合改性法是将物理活化及化学活化两种方法结合起来所采用的改性方法。此法使活性炭的制备变得更加灵活。Caturla等以核桃壳为原料，采用ZnCl2化学活化，然后用CO2于850 ℃进行物理活化，进一步开孔和拓孔，用此法可制得比表面积高达3 000 m2/g的改性活性炭。Molina Sabio等先用质量分数为68%～85%的H3PO4在85 ℃下浸泡木质纤维素2 h，然后将浸泡样在450 ℃下炭化4 h，再将H3PO4活化样用蒸馏水清洗，用CO2在825 ℃处理，结果获得了比表面积达3 000 m2/g、总孔容达2 mL/g的超级活性炭。
活性炭的表面化学特性及其改性
活性炭的表面化学特性
活性炭吸附能力的强弱不但取决于它的孔隙结构，而且取决于其表面化学性质，表面化学性质决定了活性炭的化学吸附。表面化学性质的不同对活性炭的酸碱性、吸附选择性、催化特性及电化学性质等都会产生很大的影响。因此活性炭的表面化学性质的研究也受到了人们的高度重视。
由于碳固体表面原子不饱和性的存在，它们将以化学形式结合碳成分以外的原子和原子基团，形成各种表面功能基团，因而使活性炭产生了各种各样的吸附特性。活性炭中主要存在的、对其吸附性能产生有影响的化学基团主要是含氧官能团和含氮官能团。
含氧官能团的来源一般为原料的炭化不完全或者是在活化过程中活性炭与活化剂进行化学反应结合在表面上而形成的。
表面化学性质的改性
活性炭材料的表面化学性质改性就是指通过一定的方法改善活性炭材料表面的官能团及其周边氛围的构造，使其成为特定吸附过程中的活性点，可以控制其亲水/憎水性能以及与金属或金属氧化物的结合能力。目前，活性炭表面化学性质的改性主要在氧化改性、还原改性和负载金属改性等方面进行。
表面氧化改性
表面氧化改性主要是在适当的条件下利用合适的氧化剂对活性炭材料表面的官能团进行处理，从而提高表面含氧官能团的含量，增强表面对极性物质的吸附能力。目前的热点主要集中在通过氧化提高表面酸性基团上，特别是通过HNO3等氧化剂对活性炭表面进行氧化改性，提高表面酸性氧化物的含量，从而相应提高其亲水性即极性。
表面还原改性
表面还原改性主要是使活性炭表面在适当温度下通过还原剂对表面官能团进行改性。提高含氧碱性基团的相对含量，增强表面的非极性，从而提高活性炭对非极性物质的吸附性能。目前，还原改性的手段主要集中在利用H2和N2等气体对活性炭的高温处理和氨水浸渍处理。
负载金属改性
负载金属改性的原理大都是通过活性炭的还原性和吸附性来实现。首先通过液相沉积的方法在活性炭表面引入特定的金属离子，然后利用活性炭的还原性，将金属离子还原成单质或低价态的离子。通过金属或金属离子对被吸附物较强的结合力，从而增加活性炭对被吸附物的吸附性能。
目前，随着活性炭应用范围的推广，对活性炭的改性日益引起人们的关注。除了上述介绍的方法之外，目前国内外主要的改性方向有：针对特定的应用领域及目的，选择能够控制炭化产物表面组成的原料，通过合适的活化工艺获得大的比表面积及达到特定的目的。例如，对活性炭进行表面处理，增强其憎水性及抗氧化性。
目前主要的处理方法有：添加活化剂、高温处理、低温等离子技术、碳沉积和微波法等。
结 语
活性炭吸附性能取决于它的表面结构特性和表面化学性质。采用不同方法和手段对活性炭进行活化与表面改性，可以显著增强活性炭的吸附催化能力。通过物理化学活化方法能使活性炭形成发达的孔隙结构增加吸附性能。与此同时,通过氧化还原及负载等方法能使活性炭的表面化学性质发生变化而增强对特定物质的吸附。值得注意的是,在表面化学性质改变的同时,其表面积及孔径分布等物理结构也将发生改变,对其吸附性能将产生影响,因此在进行表面化学性质改性的同时要综合考虑物理结构的变化。另外,一般活性炭再生的工艺是否会影响到增强的性能也应在后续工作中认真考虑。 巩义市龙达水处理材料有限公司是国内活性炭大型生产厂家。主要生产活性炭系列产品有：粉状活性炭、果壳活性炭、煤质活性炭、椰壳活性炭、杏壳活性炭、枣壳活性炭、污水处理活性炭、印染处理活性炭和空气净化活性炭等活性炭系列产品。
活性炭厂家24小时咨询热线：0371-64035078 手机：15037128885
文章来源： 活性炭网 http://www.ldhxtc.com 龙达总网站 http://www.ldscl.net
果壳活性炭的表面物理结构：
果壳活性炭的表面物理结构主要是指孔径分布、比表面积和微孔容积等。
果壳活性炭的孔径分布是影响吸附容量的主要因素。这是因为由于分子筛的作用，尺寸较大的吸附质分子不能进入孔直径比其小的孔内，吸附状态主要有：
(1)当吸附质分子大于孔直径时，因分子筛的作用，分子无法进入孔内，起不到吸附的作用。
(2)当吸附质分子约等于孔直径时，活性炭的捕捉能力非常强，但仅适用于极低浓度下的吸附。
(3)当吸附质分子小于孔直径时，在孔内会发生毛细凝聚作用，使得活性炭的吸附量大。
(4)当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。
根据资料报道,对吸附剂利用率高的孔径和吸附质分子直径的比值为1.7～3.0为宜，对需要重复再生的吸附剂这一比值为3～6或更高为宜。
果壳活性炭的表面物理结构改性
一般来说，活性炭表面物理结构特性的改性方法有3种：物理法、化学法和物理化学联合法，而后两种方法较常用。
物理法：物理改性法通常包括两个步骤:首先是对原料进行炭化处理以除去其中的可挥发成分，然后用合适的氧化性气体(如水蒸气、二氧化碳、氧气或空气)对炭化物进行活化处理。通过开孔、扩孔和创造新孔形成发达的孔隙结构。
化学法：化学改性法主要是将含碳物料与不同的化学药品均匀混合或浸渍，在一定温度下经过炭化和活化，并回收化学药品后得到具有更加丰富的微孔活性炭。常用的活化剂有碱金属、碱土金属的氢氧化物、无机盐类以及一些酸类。目前应用较多、较成熟的化学活化剂有KOH、NaOH、ZnCl2、CaCl2和H3PO4等。
物理化学联合法：物理化学联合改性法是将物理活化及化学活化两种方法结合起来所采用的改性方法。此法使活性炭的制备变得更加灵活。Caturla等以核桃壳为原料，采用ZnCl2化学活化，然后用CO2于850 ℃进行物理活化，进一步开孔和拓孔，用此法可制得比表面积高达3 000 m2/g的改性活性炭。Molina Sabio等先用质量分数为68%～85%的H3PO4在85 ℃下浸泡木质纤维素2 h，然后将浸泡样在450 ℃下炭化4 h，再将H3PO4活化样用蒸馏水清洗，用CO2在825 ℃处理，结果获得了比表面积达3 000 m2/g、总孔容达2 mL/g的超级活性炭。
活性炭的表面化学特性及其改性
活性炭的表面化学特性
活性炭吸附能力的强弱不但取决于它的孔隙结构，而且取决于其表面化学性质，表面化学性质决定了活性炭的化学吸附。表面化学性质的不同对活性炭的酸碱性、吸附选择性、催化特性及电化学性质等都会产生很大的影响。因此活性炭的表面化学性质的研究也受到了人们的高度重视。
由于碳固体表面原子不饱和性的存在，它们将以化学形式结合碳成分以外的原子和原子基团，形成各种表面功能基团，因而使活性炭产生了各种各样的吸附特性。活性炭中主要存在的、对其吸附性能产生有影响的化学基团主要是含氧官能团和含氮官能团。
含氧官能团的来源一般为原料的炭化不完全或者是在活化过程中活性炭与活化剂进行化学反应结合在表面上而形成的。
表面化学性质的改性
活性炭材料的表面化学性质改性就是指通过一定的方法改善活性炭材料表面的官能团及其周边氛围的构造，使其成为特定吸附过程中的活性点，可以控制其亲水/憎水性能以及与金属或金属氧化物的结合能力。目前，活性炭表面化学性质的改性主要在氧化改性、还原改性和负载金属改性等方面进行。
表面氧化改性
表面氧化改性主要是在适当的条件下利用合适的氧化剂对活性炭材料表面的官能团进行处理，从而提高表面含氧官能团的含量，增强表面对极性物质的吸附能力。目前的热点主要集中在通过氧化提高表面酸性基团上，特别是通过HNO3等氧化剂对活性炭表面进行氧化改性，提高表面酸性氧化物的含量，从而相应提高其亲水性即极性。
表面还原改性
表面还原改性主要是使活性炭表面在适当温度下通过还原剂对表面官能团进行改性。提高含氧碱性基团的相对含量，增强表面的非极性，从而提高活性炭对非极性物质的吸附性能。目前，还原改性的手段主要集中在利用H2和N2等气体对活性炭的高温处理和氨水浸渍处理。
负载金属改性
负载金属改性的原理大都是通过活性炭的还原性和吸附性来实现。首先通过液相沉积的方法在活性炭表面引入特定的金属离子，然后利用活性炭的还原性，将金属离子还原成单质或低价态的离子。通过金属或金属离子对被吸附物较强的结合力，从而增加活性炭对被吸附物的吸附性能。
目前，随着活性炭应用范围的推广，对活性炭的改性日益引起人们的关注。除了上述介绍的方法之外，目前国内外主要的改性方向有：针对特定的应用领域及目的，选择能够控制炭化产物表面组成的原料，通过合适的活化工艺获得大的比表面积及达到特定的目的。例如，对活性炭进行表面处理，增强其憎水性及抗氧化性。
目前主要的处理方法有：添加活化剂、高温处理、低温等离子技术、碳沉积和微波法等。
结 语
活性炭吸附性能取决于它的表面结构特性和表面化学性质。采用不同方法和手段对活性炭进行活化与表面改性，可以显著增强活性炭的吸附催化能力。通过物理化学活化方法能使活性炭形成发达的孔隙结构增加吸附性能。与此同时,通过氧化还原及负载等方法能使活性炭的表面化学性质发生变化而增强对特定物质的吸附。值得注意的是,在表面化学性质改变的同时,其表面积及孔径分布等物理结构也将发生改变,对其吸附性能将产生影响,因此在进行表面化学性质改性的同时要综合考虑物理结构的变化。另外,一般活性炭再生的工艺是否会影响到增强的性能也应在后续工作中认真考虑。 巩义市龙达水处理材料有限公司是国内活性炭大型生产厂家。主要生产活性炭系列产品有：粉状活性炭、果壳活性炭、煤质活性炭、椰壳活性炭、杏壳活性炭、枣壳活性炭、污水处理活性炭、印染处理活性炭和空气净化活性炭等活性炭系列产品。
活性炭厂家24小时咨询热线：0371-64035078 手机：15037128885
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