點 早在20世紀(jì)初,Raphaelvon Ostrejko就發(fā)明了金屬氯化物活化制備活性炭的工藝,。20世紀(jì)20年代,,在第一次世界大戰(zhàn)中,活性炭作為吸附劑大規(guī)模應(yīng)用于軍事用途的防毒面具,。20世紀(jì)40年代,,活性炭的除臭效果得到了廣泛應(yīng)用,解決了數(shù)以百計的自來水廠水體惡臭問題,。此后,,隨著生產(chǎn)工藝的日益發(fā)展,活性炭的性能不斷提高,,應(yīng)用范圍不斷擴大,,生產(chǎn)活性炭的原料也越來越廣泛。 傳統(tǒng)活性炭的制備多以木材,、煤炭等為原料,,但是資源有限、成本較高,,并且會對環(huán)境造成污染,。近年來,,以生物質(zhì)為原料來制備活性炭越來越被重視。筆者從生物質(zhì)活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域進行簡要的綜述,。 吸附劑 生物質(zhì)活性炭具有豐富的孔隙結(jié)構(gòu),,本身就具有良好的吸附性能,通過改性處理,,可以增強對特定物質(zhì)的吸附能力,,廣泛應(yīng)用于污水處理,氣體凈化,、存儲,,溶劑回收,工業(yè)脫色等各個領(lǐng)域,。 液相吸附劑 生物質(zhì)活性炭作為液相吸附劑主要用于廢水的處理,,包括廢水中的重金屬離子和有機物。用鋸末制備的活性炭對Cu(Ⅱ),、Pb(Ⅱ),、Hg(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)均有良好的吸附效果,研究表明活性炭的吸附能力與濃度,、pH 和吸附溫度等因素有關(guān),,表面絡(luò)合和離子交換是主要的去除機制。有研究者用楊樹木屑制備了活性炭,,在最佳條件下制備的活性炭對亞甲基藍的吸附值為213 mg/g,,超過國家水處理用活性炭一級品標(biāo)準(zhǔn)。另有研究者研究了椰殼基活性炭對2,4-二氯苯酚的吸附效果,,吸附值達到了132 mg/g,,pH效應(yīng)和解吸研究表明離子交換機制參與了吸附過程。 氣相吸附劑 生物質(zhì)活性炭作為氣相吸附劑的應(yīng)用主要體現(xiàn)在對SO2,、NO2等氣體污染物的去除和對CO2,、H2等氣體的收集和存儲。有研究者將核桃殼基活性炭運用于煙氣脫硫的研究,,結(jié)果表明煙氣中水蒸汽和氧氣的存在有利于活性炭脫硫,,最佳條件下活性炭穿透硫容為252 mg/g。另有研究者用KOH活化李子核制備了高比表面積活性炭,,活性炭對NO2的吸附性能與其表面的酸堿性質(zhì)密切相關(guān),,在干燥條件下對NO2的最大吸附容量達到了67 mg/g。另有研究者研究了活性炭儲氫量和微孔孔容之間的關(guān)系,,認為吸附H2的有效孔徑隨氣體壓力的變化而變化,。 催化劑或催化劑載體 活性炭中的石墨碳和無定形碳具有不飽和鍵,使其具有類似于結(jié)晶缺陷的結(jié)構(gòu),,以及其特異的表面化學(xué)性質(zhì)使其具有良好的催化性能,。此外,,由于活性炭具有發(fā)達的孔洞和巨大的內(nèi)表面積,可作為催化劑載體,,增大反應(yīng)物與催化劑的接觸面積,,提高催化效率。 有研究者用濃硫酸對花生殼基活性炭進行改性處理,,制備得到生物質(zhì)基固體酸催化劑,通過表征發(fā)現(xiàn)固體酸表面含有大量的羥基,、羧基和磺酸基,,固體酸的酸強度大于HZSM-5,將其運用于催化油酸和甲醇的反應(yīng),,酯化率達到90%,。另有研究者采用竹活性炭為載體,通過溶膠-凝膠法制備得到TiO2/竹活性炭復(fù)合光催化劑,,其對甲醛的去除率達96%,。 電極和超級電容 活性炭具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能,,穩(wěn)定的理化性質(zhì),,較小的熱膨脹系數(shù),因而在電化學(xué)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用,。 有研究者研究了HNO3處理生物質(zhì)活性炭對其電容的影響,,處理后活性炭的比表面積有所減小,而含氧官能團含量增多,,電容提高為原來的8倍,,他們認為含氧官能團的增多可能是電容提高的原因。另有研究者用HF溶液處理秸稈活性炭,,制得的活性炭比電容達到了426F/g,,活性炭循環(huán)3000次后的比電容仍保持在97%以上,酸處理可以除去活性炭中的無機成分,,從而形成更加豐富的孔結(jié)構(gòu),,為電解液提供運輸通道,使得活性炭的比電容增大,。 經(jīng)過幾十年的探究,,人們對活性炭已經(jīng)有了較為深入的認識,活性炭的原料來源和應(yīng)用領(lǐng)域都在不斷擴大,。我國是活性炭生產(chǎn)大國,,但是活性炭生產(chǎn)工藝仍然落后于西方發(fā)達國家,存在著生產(chǎn)效率低,、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題,。優(yōu)化生產(chǎn)工藝,、降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率是當(dāng)前亟需解決的問題,。我國有著豐富的生物質(zhì)資源,,利用廢棄的生物質(zhì)資源創(chuàng)造性地開發(fā)活性炭的新用途,不僅可以解決環(huán)境污染問題,,還可以達到變廢為寶的目的,,是今后研究的熱點。此外,,活性炭的吸附機理特別是活性炭對水中有機物的吸附機理還有待深入研究,,表面官能團和吸附性能之間的關(guān)系還有待進一步探索。 內(nèi)容來源:《化工新型材料》 |
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