浅谈活性炭表面酸性含氧官能团对甲醛吸收作用的影响

浅谈活性炭表面酸性含氧官能团对甲醛吸收作用的影响
研究者们纷纷尝试用强酸、强氧化剂对活性炭进行性能改良，从而提高活性炭的表面酸性含氧官能团的质量数值，增强其对甲醛的吸附能力。

研究发现，含氧官能团的差异所产生的吸附效果也不一样。

此外，当活性碳表面孔隙被堵住，吸附效果也会明显减低。

这些堵住孔隙的杂质通常叫难被清除，在强氧化剂、强碱强酸的作用下方可被清理。

标签：活性炭；酸性含氧官能团；甲醛吸收
甲醛是一种毒害较强的气体，被誉为室内“夺命杀手”，对于儿童、孕妇、老人的健康危害尤为严重。

利用活性炭的吸附性来处理室内甲醛是较为常见的方式。

然而由于甲醛分子属于极性分子，活性炭對极性分子的吸附作用相对较小。

对此，研究者们纷纷尝试用强酸、强氧化剂来对活性炭进行性能改良，提高其表面酸性含氧官能团的质量数值并增强极性。

研究发现，含氧官能团的差异所产生的吸附效果也不一样。

除此以外，活性炭表面存在一些孔隙，当这些孔隙被堵住，吸附效果也会明显减低[1]。

这些堵住孔隙的杂质通常叫难被清除，在强氧化剂、强碱强酸的化学清洁作用能够一定程度上清除这些杂质。

本文围绕浅谈活性炭表面酸性含氧官能团对甲醛吸收作用的影响的课题，采用不同浓度的硝酸、过氧化氢和氢氧化钠对活性炭做浸渍处理，然后对其表面酸性官能团的质量以及对甲醛气体的吸附效果展开分析，旨在更好的发挥出活性炭的吸附作用，在室内甲醛处理的问题上发挥更大的价值。

以下是具体报告内容。

1材料和方法
1.1 实验材料
选用市面上能够买到的颗粒状活性炭作为本次研究的基础材料，经过物理活化处理后备用。

1.2 试验方法
将从市面上买来的活性炭洗干净，放入烘干箱烘干。

量取浓度为10%至60%的硝酸溶液，每隔5%为一个区间梯度，各40毫升、量取浓度为10%至30%的过氧化氢溶液，每隔5%为一个区间梯度，各40毫升。

分别加入20克活性炭，振荡后静置两小时，将浸渍液过滤干净，经干燥处理后再用去离子水将其淘洗至变为中性，再烘干备用。

通过Bothem滴定法对活性炭表面的酸性含氧官能团进行测定。

量取重量为1克的洁净备用活性炭分别放入四个锥形瓶里，再各自滴入25毫升0.1摩尔/升的氢氧化钠、0.1摩尔/升的硝酸钠、0.05摩尔/升的碳酸钙以及0.1摩尔/升的乙醇钠。

振荡一时后静置24小时。

再把所有溶液过滤干净，然后在所有锥形瓶中滴入50毫升0.1摩尔/升的盐酸。

使用标准氢氧化钠反滴定过量的盐酸溶液调整到
溶液经酚酞指示剂测量呈微红色，并统计好消耗的碱液量，从而计算相应官能团的质量数值。

通过自制装置展开对活性炭甲醛吸附效果的研究。

所用的吸附柱直径4厘米，在其中放入重为5克的活性炭。

气体流量为每分钟7升，甲醛浓度控制在每分钟0.6至0.7毫克。

检测甲醛的具体方法是乙醛丙酮分光光度法。

2 结果与讨论
2.1 不同浓度浸渍作用下活性炭表面各酸性含氧官能团的变化
试验结果表明，经过浓度为10%至60%的硝酸浸渍处理的活性炭，其表面羰基的质量数值整体呈降低的趋势。

而酚羟基、羧基和内酯基质量数值都大幅上升。

且呈先上升后下降的整体趋势。

且采用浓度60%的硝酸作浸渍处理时，活性炭表面羧基质量最大，当硝酸浓度为45%的时候，活性炭表面酚羟基质量最大。

当硝酸浓度为35%的时候，活性炭表面内酯基质量最大。

经过氢氧化钠浸渍处理的活性炭，其表面的羧基浓度明显降低，而酚羟基，内酯基和羰基的质量数值都呈现先上升再下降的整体趋势。

且采用浓度30%的氢氧化钠作浸渍处理时，活性炭表面的酸性官能团质量最大。

从侧面反映氢氧化钠对活性炭做浸渍处理对这几种官能团的影响作用有限。

氢氧化钠应该更多的是化学清洗作用。

利用氢氧化钠将活性炭表面微孔中的阻塞物清理出来，从而提高吸附功能。

2.2 活性炭表面酸性含氧官能团改性后的甲醛吸附力
试验结果表明，活性炭表面的总酸度随着硝酸与氢氧化钠浓度增加为递增而递增。

其中，采用浓度为60%的硝酸，浓度为30%的过氧化氢以及氢氧化钠来做浸渍处理时，活性炭表面的总酸度最高。

此外，在同等浓度的情况下，硝酸浸渍处理的成效明显高于过氧化氢和氢氧化钠。

但这几类溶液在做浸渍处理使所消耗的时间不尽相同。

硝酸与过氧化氢与氢氧化钠相比，在对甲醛气体的吸附时间上，大约节约0-7小时。

试验证明，但同等情况下，酚羟基吸附甲醛的效果更佳。

可能是由于酚羟基苯酚的化学性质较为接近。

会和甲醛发生化学反应，因此使活性炭甲醛吸附效果有所提升。

3 结论
综上所述，甲醛对人体危害极大，是世界公认的室内隐形杀手。

利用活性炭的吸附作用来处于室内甲醛是较为有效的方式，但甲醛属于极性分子，较难被活性炭吸附。

因此，展开活性炭的性能改良研究，使其对甲醛的吸附性有所提高，具有十分重要的意义。

本文通过大量试验对活性炭表面酸性含氧官能团对甲醛吸收作用的影响展开了分析。

结果表明，采用硝酸对活性炭进行浸渍处理能够明显增加活性炭表面酸性官能团的浓度，且当硝酸浓度为60%时，官能团的质量最大。

而氢氧化钠更多的是起到了化学清洁的作用。

能够有效去除活性炭表面微孔中的
堵塞物质，从而提高活性炭的吸附能力。

经过比对，酚羟基比其他三种酸性含氧官能团更好的提升活性炭的甲醛吸附力。

主要是因为酚羟基与苯酚的化学性质类似。

参考文献：
[1]谭雪艳.酸碱改性活性炭对甲醛吸附性能的研究[D].南京：东南大学，2017.。