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活性炭表面化學(xué)改性技術(shù)

表面官能團(tuán)是活性碳的活性中心，直接決定著活性炭表面的各種化學(xué)性。但表面官能團(tuán)的各種性質(zhì)則與原材料以及活化方法有著直接關(guān)系。所以只要對原材料或者是活化方法進(jìn)行改進(jìn)，就能夠改變活性炭的性能。

1、表面氧化改性。

技術(shù)人員使用強(qiáng)氧化劑，在特定的溫度環(huán)境下，處理活性炭，以此保證活性炭表面擁有更多的氧酸性基團(tuán)，使其表面極性更強(qiáng)，零電點(diǎn)pH值更低?，F(xiàn)實(shí)應(yīng)用中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，活性炭表面極性越強(qiáng)，越具有非常好的吸附性。

現(xiàn)階段，用于活性炭表面氧化改性的原材料有很多，其中比較常見的有HNO₃、H₂O₂、HClO等。某學(xué)者使用HNO₃來進(jìn)行試驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn)，活性炭表面使用HNO₃氧化處理之后，吸附性更為提高，尤其是對三鹵甲烷此種作用更加明顯。還有些學(xué)者使用HNO₃、HClO等兩者原材料來進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用HNO₃來處理活性炭表面，不僅使得酸性基團(tuán)數(shù)量明顯增多，而且還使活性炭表面微孔結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了明顯的塌陷，但是活性炭表面使用HClO進(jìn)行試驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn)，氧基團(tuán)數(shù)量明顯增加，但是微孔結(jié)構(gòu)并沒有出現(xiàn)明顯變化，此外比表面積也未發(fā)生過于明顯的變化。

另外，還有很多學(xué)者使用不同的方式對活性炭表面氧化進(jìn)行了改性試驗(yàn)，均得到了相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

2、表面還原改性

試驗(yàn)技術(shù)人員利用還原劑，在特定溫度環(huán)境下來進(jìn)行表面還原改性試驗(yàn)。如果試驗(yàn)成功，則活性炭表面對非極性比較強(qiáng)的物質(zhì)就會具有明顯吸附性。這主要是因?yàn)檫€原劑的應(yīng)用，使得活性炭表面原有的堿性基團(tuán)數(shù)量明顯增加，而堿性基團(tuán)數(shù)量越多，活性炭表面非極性就越強(qiáng)，因此活性炭表面對具有非極性特性的物質(zhì)也就更加的敏感。

某學(xué)者使用H₂來進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用H₂之后，活性炭表面氧酸性官能團(tuán)數(shù)量明顯減少，變?yōu)榱薈O₂、CO等物質(zhì)，這些物質(zhì)從活性炭表面脫離，因此使得氧酸性官能團(tuán)數(shù)量明顯下降，而堿性官能團(tuán)數(shù)量則增加。有些學(xué)者使用氨水以及苯胺還原劑來進(jìn)行試驗(yàn)研究，研究發(fā)現(xiàn)活性炭表面使用這兩種還原劑改性之后，表面陰性基團(tuán)的非極性吸附能力明顯增強(qiáng)。這主要是因?yàn)榘彼约氨桨穼儆跇O性物質(zhì)，能夠與活性炭進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，加熱出去之后，表面孔半徑明顯擴(kuò)大，這樣離子就會進(jìn)入到空隙中，增加了表面電負(fù)性，進(jìn)而提升了活性炭表面的非極性吸附能力。

3、表面酸堿改性

現(xiàn)如今，活性炭使用的過程中，都會遇到類型少，技術(shù)水平低的問題，真正功能化活性炭非常少，但是對其進(jìn)行酸堿改性之后，上述都能夠有效的解決。

目前，技術(shù)試驗(yàn)人員應(yīng)用多的酸堿改性劑有HNO₃、H₂O₂、HClO以檸檬酸等。某學(xué)者選擇使用HNO₃以及NaOH與NaCl混合液兩種酸堿改性劑，通過兩次表面酸堿改性之后，活性炭澤表面吸附速度明顯加快，吸附容量也明顯增多。

4、表面等離子體改性

傳統(tǒng)活性炭表面堿性官能團(tuán)的引入，主要是通過氨水浸漬和高溫脫氧等方法。近年來研究表明，通過氧氮等離子體和CF4等離子體改性活性炭表面引入含氧、氮和含氟的官能團(tuán)在一些特殊領(lǐng)域的應(yīng)用表現(xiàn)出良好的效果。

有學(xué)者等用低壓O₂/N₂等離子體對商品煤基活性炭進(jìn)行表面改性，研究發(fā)現(xiàn)活性炭經(jīng)P-O₂改性后在炭表面上引入大量的含氧官能團(tuán)，經(jīng)P-N₂改性的活性炭隨著活性炭表面改性強(qiáng)度的提高，表面含氧酸性官能團(tuán)逐漸減少含氮官能團(tuán)逐漸增加，獲得富含硝基、胺基和酰胺基的活性炭。且在同功率下P-O₂改性時(shí)活性炭燒失率比P-N₂改性的高，在P-O₂改性過程中活性炭燒失率隨等離子體發(fā)生功率的增加而升高，而在P-N₂改性過程中活性炭燒失率隨著等離子體發(fā)生功率的變化存在一峰值：在低功率范圍內(nèi)隨功率的增加而加大，在高功率范圍內(nèi)隨功率的進(jìn)一步加大反而降低。

還有學(xué)者等對活性炭纖維進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體表面改性研究發(fā)現(xiàn)，在遠(yuǎn)程區(qū)等離子體中電子離子對樣品的刻蝕作用被抵制，活性炭纖維經(jīng)遠(yuǎn)程等離子體表面改性后，其表面含氧官能團(tuán)增加，對堿性染料結(jié)晶紫的吸附性能增強(qiáng)；當(dāng)放電時(shí)間、放電功率、放電壓力一定時(shí)從放電區(qū)至遠(yuǎn)程區(qū)40cm處，P-N₂處理后的活性炭纖維的吸附能力明顯增強(qiáng)，遠(yuǎn)程區(qū)40cm以遠(yuǎn)，活性炭纖維的吸附力基本穩(wěn)定；當(dāng)放電壓力、放電功率、遠(yuǎn)程距離一定時(shí)，隨放電時(shí)間增加，活性炭纖維表面生成更過的自由基，表面酸性增強(qiáng)，對堿性染料結(jié)晶紫的吸附能力增強(qiáng)。