活性炭孔隙结构和表面化学性质对吸附氧化NO的影响
活性炭的吸附性能
1)活性炭的性质 活性炭的物理及化学性质决定其吸附效果 ,丽 活性炭的性质又与活性炭制造时使用的原料加工 方法及活化条件有关 。用于水处理的活性炭应有三 项要求: 吸附容量大 、吸附速度快及机械强度好 。 活性炭的吸附容量除其它外界条件外 ,主要与活性
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炭的比表面积有关 , 比表面积大 ,微孔数量多,可 吸附在微孔壁上的吸附质就多 。吸附速度主要与粒 度及细孔分布有关 ,对于水处理用的活性炭 ,要求 中孔(即过渡孔 ,半径为 20"--" 1000 埃)较为发达, 有利于吸附质向微孔中扩散 。活性炭的粒度越小, 吸附速度越快 ,但水头损失要增加 ,一般在
力增强 ,有效吸附容量减少吸附等温线向下方压 缩; 同时 , 由于活性炭与疏水性吸附质结合力的变 弱 , 吸附等温线向高浓度侧扩大。
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3)吸附质的分子量增加时 , 吸附等温线向低浓 度一侧压缩; 吸附质的极性变大时 ,与溶剂水的结 合增强 ,.吸附等温线被压向下煎并进一步向高浓 度一侧扩大。
影响活性炭吸附的主要因素
活性炭的吸附性能是由活性炭及吸附质的物 理化学性质共同作用决定的 。现从吸附等温线的形 状变化分析研究这些因素对活性炭吸附的影响:
1)活性炭孔径相同 , 比表面积增加时 ,吸附容 量增加 ,吸附等温线向上方扩大; 比表面积相同 , 孔径变小时 ,在低浓度领域的形状向低浓度一侧压缩。 2)活性炭的表面极性增大 ,水与炭表面的结合
(4)溶液温度的影响
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吸附剂吸附单位重量的吸附质放出的总热量 称为吸附热 ,吸附热越大 ,温度对吸附的影响就越 大 。另一方面 ,温度对物质的溶解度也有影响 , 因 此对吸附也有影响 。一般用活性炭处理水时 ,温度 对吸附的影响不显著。
(5)多组分吸附质共存的影响
活性炭孔隙结构和表面化学性质对吸附氧化NO的影响_李兵
( 山东大学 燃煤污染物减排国家工程实验室, 山东 济南 250061 )
要: 采用 5 种粉末活性炭, 在间歇式流化床实验台上研究流态化活性 炭 低 温 吸 附 氧 化 NO 的 动 Boehm 滴定、 pH 测量表征 活 性 炭的 孔隙 结构和 表 面 化 学性 质。 力学过程。通过 N2 吸附、 元素分析、 摘 结果表明: 由于活性炭的原料和活化方法不同, 活性 炭 具有 不同 的 孔隙 结构和 表 面 化 学性 质, 呈现 不同的吸附氧化 NO 的动力学过程; 关联稳定阶段 NO 氧化成 NO2 的转化率和活性炭性质之间的关 系, 发现 NO 的转化率与活性炭的比表 面 积、 孔隙 容 积 和 平 均 孔 径 等 参 数 没 有 明确 的 关 系, 而是随 活性炭表面碱性官能团数量的增加而增加, 表面化学性质是影响活性炭吸附氧化 NO 的主要因素。 关键词: 活性炭; 表面化学性质; 吸附; NO; 流化床 中图分类号: TQ424. 1 ; X701. 7 文献标志码: A
( National Engineering Laboratory for CoalFired Pollutants Emission Reduction, Shandong University, Jinan 250061 , China)
Abstract: Five kinds of powder activated carbons were investigated to the adsorption and oxidation of NO at low temperature in a batch fluidized bed reactor. The adsorbents were characterized by N2 adsorption, elemental analysis, Boehm titration and pH measurement. The activated carbons have different pore structure and surface chemical properties because of the different precursor and activation method, and present different time course of adsorption and oxidation of NO. NO conversion into NO2 in the stationary stage is correlated with the properties of activated carbons. The results show that NO conversion is independent of the pore structure such as specific surface area, pore volume, and average pore width. NO conversion increases with the amounts of surface basic functional groups. The surface chemistry is the most important factor on the adsorption and oxidation of NO for the samples used in this study. Key words: activated carbon; surface chemical property; adsorption; NO; fluidized bed 燃煤电厂烟气排放出大量的氮氧 化 物, 因 此 NO x 的 污染 防治 变 得 尤 为 迫切。 有研究 表 明, 低 温 下, 碳 质材料作为吸附剂 和 催 化 剂 可 以 有 效 脱 除 烟 气 中的 NO, 因 此活 性 炭、 活 性 炭 纤 维、 煤 焦 等 碳 质 材料 被 广 [1 - 9 ] 。 泛用于吸附 NO 的研究 Mochida 等[3 - 5]研究了活性炭纤维低温吸附氧 化 NO, 发现活性炭 纤 维 的比 表 面 积 和 表 面 含 氧 官 能团 共同决定了 NO 氧化成 NO2 的 转 化 率, 对活性炭纤维 进行热处理后分解了表面 含 氧 官 能团, 提高了 NO 的
活性炭吸附效率
活性炭吸附效率活性炭吸附效率是指活性炭对特定污染物的吸附能力和吸附效果。
活性炭是一种多孔炭材料,具有高度发达的孔隙结构和大比表面积,能够在吸附过程中大量吸附目标物质,因此被广泛应用于各个领域的水处理、空气净化和工业废气处理等。
活性炭吸附效率受多种因素影响。
首先是活性炭的物理和化学性质。
活性炭的孔隙结构和比表面积决定了其吸附能力,而表面化学性质则影响着活性炭与目标物质的相互作用。
其次是目标物质的特性。
不同的目标物质具有不同的分子结构和化学性质,因此其与活性炭的吸附能力和亲和力也不同。
此外,环境因素,如温度、湿度、pH值等,以及操作条件,如吸附剂用量、接触时间等,也会对活性炭吸附效率产生影响。
活性炭的孔隙结构和比表面积是影响其吸附能力的关键因素。
活性炭的孔隙结构分为微孔、中孔和宏孔,其中微孔是最主要的吸附区域。
微孔的孔径小,分布密集,能够提供更多的吸附位点,从而增加了活性炭的吸附容量和效率。
而活性炭的比表面积则是指单位质量或体积的活性炭所具有的有效吸附表面积。
比表面积越大,吸附位点越多,吸附能力就越强。
活性炭的吸附机制主要包括物理吸附和化学吸附两个方面。
物理吸附是指目标物质与活性炭之间的非化学吸附作用,主要是通过分子间的范德华力或静电作用来实现的。
物理吸附具有可逆性,吸附剂和目标物质可以通过改变温度、湿度等条件进行解吸和再生。
然而,化学吸附是指目标物质与活性炭之间发生化学反应,形成化学键或离子键的吸附作用。
化学吸附具有较高的特异性和选择性。
除了活性炭本身的性质外,目标物质的特性也会对活性炭的吸附效率产生影响。
目标物质的分子结构、化学性质和浓度等因素会影响其与活性炭的吸附亲和力和速率。
具有较小分子尺寸、较低极性或非极性的目标物质更容易被活性炭吸附。
此外,随着目标物质浓度的增加,活性炭的吸附效率也会提高,但在一定范围内,吸附饱和会导致吸附效果的下降。
环境因素和操作条件对活性炭吸附效率也有重要影响。
温度是影响活性炭吸附过程的关键参数之一。
活性炭的吸附性能研究
活性炭的吸附性能研究活性炭是一种广泛应用于化工、生物、环境等多个领域的高端材料。
它是一种具有多孔、高表面积的吸附剂,因其在物质分离、净化、催化等方面的独特性能而备受关注。
本文将就基于活性炭的吸附性能展开讨论。
一、活性炭的定义活性炭是一种碳质材料,具有高表面积和利于吸附的孔隙结构。
它广泛应用于气体和液体的吸附、分离和净化等方面。
活性炭具有重要的环保和生态价值,在植物培育和水处理中也有广泛的应用。
活性炭的吸附能力是由其具有的孔隙结构和表面化学性质决定的。
相比于普通的炭材料,活性炭具有更多的小孔和中孔,在空间上更加复杂和狭小。
因此,活性炭可以吸附分子的表面积更大,结果其吸附能力也更强。
二、活性炭的吸附机制活性炭的吸附机制主要有物理吸附和化学吸附两种。
物理吸附:指分子吸附到活性炭孔隙表面时,分子的表面分子作用力和孔穴内分子的作用力通过范德华力吸引,将其牢固地钟在孔中。
在物理吸附中,吸附剂和吸附物分子之间不会产生化学反应,因此物理吸附的吸附热相对较低。
化学吸附:指活性炭表面上具有活性位点,使吸附分子与其表面产生化学反应,形成化合物,在化学键作用下强烈的结合在活性炭上。
化学吸附在吸附物和吸附剂之间产生了化学反应,是一种更牢固的吸附过程。
与物理吸附相比,化学吸附的吸附热相对较高。
三、活性炭吸附性能的影响因素1. 外在因素温度、湿度、压力等外在因素的改变会影响活性炭的吸附能力。
在高温下,分子内部的热能增强,因此分子与活性炭表面吸附的能力减弱。
而在负压下,分子与活性炭表面的相对吸附能力增加。
2. 活性炭的孔隙大小活性炭的孔隙大小对于吸附能力有着非常重要的影响。
通常,孔径越小的活性炭其表面积越大,因此吸附能力会更高。
除此之外,孔隙形状也会影响吸附性能。
3. 活性炭的含氧量由于活性炭含氧量的变化会影响其表面化学性质,因此也可以影响吸附性能。
在一定的范围内,增加含氧量可以增强活性炭的吸附能力;但如果过高,则可能影响吸附剂的硬度和酸碱性态,因此不利于吸附过程。
活性炭表面氧化改性技术及其对吸附性能的影响
浙 江 农 林 大 学 学 报
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后处理技术 ! 主要是表面改性技术 " 因此 ! 在生产条件确定的情况下 ! 通过采取特定的技术对活性炭进 行表面改性 ! 可以对活性炭的表面结构特征和化学性质进行定向调控 ! 从而改变活性炭的吸附性能 " 近年来 ! 国内外研究人员采取各种技术手段对活性炭进行表面改性 ! 通过改变活性炭的表面结构特 征和化学性质 ! 试图增强它们在吸附环境中特定污染物的性能 " 目前 ! 活性炭表面改性技术已经成为活 性炭研究领域的一个新的热点 " 围绕这一课题 ! 国内外学者开展了很多研究工作 ! 取得了大量的研究成 果 " 这些研究为扩展活性炭在各个领域的应用提供了新的方法和手段 " 从国内外已经报道的研究来看 ! 活性炭的改性方法很多 ! 总结起来 ! 主要包括氧化改性和还原改性 #国外文献常称作酸性改性和碱性改性 $$%&" 近年来 ! 采用等离子体方法对活性炭进行改性也逐渐开展了 越来越多的研究 " 在这 & 种主要的改性方法中 ! 表面氧化改性方法的研究历史较长 ! 研究成果较为丰 富全面 ! 因此 ! 笔者主要对活性炭的表面氧化改性技术进行详细介绍 "
基本原理 黄伟等 $'%在研究中指出 ' 表面化学官能团作为活性中心支配了活性炭的表面化学性质 ! 其中含氧官
能团对活性炭的吸附性能起着重要的作用 " 因此 ! 活性炭的表面氧化改性技术主要是在不同的温度下利 用强氧化剂 ! 对活性炭表面进行氧化处理 ! 从而提高表面含氧官能团的含量 ! 增强表面极性以及对极性 物质和金属离子的吸附性能 " 目前 ! 国内外研究者在活性炭的氧化处理中采用的改性氧化剂种类很多 ! 主要有硝酸 ( 过氧化氢 ( 臭氧 ( 硫酸 ( 盐酸 ( 氨基酸 ( 单宁酸等 $(&&%! 其中试验研究结果表明 ' 改性效果较强烈的是硝酸改性和臭 氧改性 )
预处理方法对活性炭结构及吸附性能的影响
预处理方法对活性炭结构及吸附性能的影响活性炭是一种具有高孔隙度和大表面积的多孔材料。
由于其独特的结构特点,活性炭被广泛应用于环境保护、能源储存和化学催化等领域。
在生产活性炭的过程中,预处理方法是影响活性炭结构及吸附性能的重要因素之一。
本文将介绍几种常见的预处理方法,并分析其对活性炭结构及吸附性能的影响。
物理活化是一种常用的活性炭预处理方法。
物理活化一般是指通过高温炭化和氧化处理来改变活性炭的结构和孔隙分布。
在高温下炭化,活性炭的结构会发生变化,炭化后的活性炭具有更大的比表面积和更多的孔隙。
氧化处理可以进一步改善活性炭的孔隙结构,增加其吸附能力。
物理活化可以显著提高活性炭的吸附性能。
化学活化也是一种常见的活性炭预处理方法。
化学活化是指通过化学试剂对活性炭表面进行浸渍和处理,改变其结构和化学性质。
常见的化学活化试剂包括磷酸、碱金属氢氧化物和氯化锌等。
这些化学试剂可以与活性炭表面形成化学键,改变其孔隙结构和表面电荷分布。
化学活化还可以引入一些特殊的官能团,使活性炭具有特定的吸附选择性。
还有一些其他的预处理方法,如物理混合预处理和表面改性预处理。
物理混合预处理是指将活性炭与其他物质(如聚合物)混合,并进行炭化处理。
这种预处理方法可以改变活性炭的表面性质,使其具有更好的吸附性能。
表面改性预处理是指在活性炭表面引入一些特殊的官能团,如羧基、氨基等。
这些官能团可以增加活性炭的极性,使其吸附特定物质的能力得到提高。
不同的预处理方法可以对活性炭的结构和吸附性能产生不同的影响。
物理活化、化学活化、热处理以及其他预处理方法都可以改变活性炭的孔隙结构和表面性质,从而提高其吸附性能。
在实际应用中,选择合适的预处理方法对于优化活性炭的性能非常重要。
影响活性炭吸附的主要因素
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影响活性炭吸附的主要因素
活性炭,是黑色粉末状或块状、颗粒状、蜂窝状的无定形碳,也有排列规整的晶体碳。
下面小编就带大家去了解下影响活性炭吸附的因素。
①活性炭吸附剂的性质、其表面积越大,吸附能力就越强;活性炭是非极性分子,易于吸附非极性或极性很低的吸附质;活性炭吸附剂颗粒的大小,细孔的构造和分布情况以及表面化学性质等对吸附也有很大的影响。
②吸附质的性质取决于其溶解度、表面自由能、极性、吸附质分子的大小和不饱和度、附质的浓度等。
③废水PH值、活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中有较高的吸附率。
PH值会对吸附质在水中存在的状态及溶解度等产生影响,从而影响吸附效果。
④共存物质、共存多种吸附质时,活性炭对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能力差。
⑤温度、温度对活性炭的吸附影响较小。
⑥接触时间、应保证活性炭与吸附质有一定的接触时间,使吸附接近平衡,充分利用吸附能力。
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活性炭各种类型的孔隙在吸附过程中的作用
活性炭各种类型的孔隙在吸附过程中的作用活性炭的孔隙大小是不均匀的多分散体系,一般可分为三种类型的孔,即大孔、过渡孔和微孔。
了解每一种孔在吸附过程中的作用是非常重要的,它对活性炭的制造工艺研究、活性炭的应用研究和活性炭的静态和动态吸附理论研究都将起到指导作用。
也可以说研究活性炭(包括其他吸附剂)的各类孔隙在吸附过程中的作用,就是研究活性炭的最核心问题。
那么,在研究活性炭各种类型孔隙在吸附过程中的作用之前,首先我们应该搞清楚下列几个问题:1.活性炭的孔隙结构状况活性炭是多孔性的含碳吸附剂,在每粒活性炭中,都包含有大小不同的孔,这些孔是怎样分布的,有没有一定的规律性。
在这里我们可以形象地比喻活性炭中的孔隙分布好似一棵大树,过渡孔是大孔的分枝,微孔是过渡孔的分枝。
微孔的出口开于大孔和颗粒外表面的总分数,与微孔的出口开于过渡孔表面的分数相比,所占比例是非常小,甚至可以忽略不计。
下面举一例来说明这个问题。
对一般常用活性炭来讲,各类孔隙的比表面积和外表面积为:大孔比表面积 0.5~2m ²/g过渡孔比表面积 20~70m ²/g微孔比表面积 800~1000m ²/g而其外表面积也很小,我们可以用下列公式来进行计算: dp p p n n S 63)3(44==⋅••=γπγπγ式中 n 一颗粒个数P 一固体的密度,m/cm ³.设直径为1.5mm 的球形颗粒活性炭,固体密度为0.5g/cm ³,求它的外表面积:01.0008.015.015.066==⨯==dp S 从对活性炭的外表面积计算的结果来看,活性炭外表面积比起过渡孔和微孔的比表面积,更是微不足道的,即使加上大孔的比表面积,也是可以忽略的。
由此可见活性炭的孔隙结构确实成树枝结构体系。
2.关于活性炭各种孔隙类型的名称目前活性炭的各种类型孔隙名称,叫法很混乱,各种称谓都有。
为了在应用中不发生错误,在这里将它们归纳一下,供大家参考:微型孔,简称微孔,又叫吸附孔,小孔;过渡型孔,简称过渡孔,又称中孔,毛细孔以及输送孔;大型孔,简称大孔,又叫输送孔。
活性炭的吸附性的原理
活性炭的吸附性的原理活性炭是一种高表面积的多孔性吸附材料,通常由天然矿石或有机材料(如木材、植炭和煤)的热解或氧化制得。
其独特的吸附性能来源于其特殊的物理和化学特性,以及其细小孔隙结构。
活性炭的吸附性原理主要包括以下几个方面:1. 超孔隙结构:活性炭具有丰富的孔隙结构,包括微孔、介孔和宏孔。
其中微孔是最重要的,其孔径通常在0.2-2纳米之间。
这些微孔的存在使得活性炭具有巨大的比表面积,通常可达到几百至几千平方米/克。
通过增加比表面积,活性炭可以提高吸附分子与其表面之间的接触面积,从而增加吸附能力。
2. 非极性特性:活性炭主要由碳元素构成,因此具有强烈的非极性特性。
这种非极性特性使得活性炭对许多有机物质具有良好的吸附能力。
有机物质在活性炭表面的吸附是通过范德华力和π-π相互作用等非共价键来实现的。
3. 表面化学性质:活性炭表面通常含有丰富的含氧官能团,如羟基、酚基和羧基等。
这些官能团可以与一些极性物质发生氢键或离子键作用,进一步提高活性炭的吸附能力。
此外,活性炭表面也可能存在一些带电官能团,如胺基、酸基等,可以通过静电作用吸附带相反电荷的离子。
4. 多孔结构:活性炭的多孔结构能够提供大量的吸附位点,从而增加吸附物质的吸附容量。
活性炭的多孔结构包括微孔、介孔和宏孔,各具有不同的孔径和孔容。
这些孔隙可以通过物质的分子大小和形状选择性地吸附物质,实现对不同分子的分离与去除。
5. 表面电荷:活性炭表面通常带有一定的表面电荷,主要来自于活性炭表面官能团的负电荷或正电荷。
这些表面电荷可以影响吸附物质的吸附行为。
当活性炭表面带有正电荷时,可以吸附带有负电荷的离子物质;当表面带有负电荷时,可以吸附带有正电荷的离子物质。
综上所述,活性炭的吸附性能主要取决于其超孔隙结构、非极性特性、表面化学性质、多孔结构和表面电荷等因素。
这些特性使得活性炭具有广泛的应用领域,包括水处理、空气净化、废气治理、食品加工和药物制备等。
活性炭孔隙结构和表面化学性质对吸附氧化NO的影响
活性炭孔隙结构和表面化学性质对吸附氧化NO的影响李兵;张立强;蒋海涛;王志强;马春元【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2011(036)011【摘要】采用5种粉末活性炭,在间歇式流化床实验台上研究流态化活性炭低温吸附氧化NO的动力学过程。
通过N2吸附、元素分析、Boehm滴定、pH测量表征活性炭的孔隙结构和表面化学性质。
结果表明:由于活性炭的原料和活化方法不同,活性炭具有不同的孔隙结构和表面化学性质,呈现不同的吸附氧化NO的动力学过程;关联稳定阶段NO氧化成NO2的转化率和活性炭性质之间的关系,发现NO 的转化率与活性炭的比表面积、孔隙容积和平均孔径等参数没有明确的关系,而是随活性炭表面碱性官能团数量的增加而增加,表面化学性质是影响活性炭吸附氧化NO的主要因素。
【总页数】5页(P1906-1910)【作者】李兵;张立强;蒋海涛;王志强;马春元【作者单位】山东大学燃煤污染物减排国家工程实验室,山东济南250061;山东大学燃煤污染物减排国家工程实验室,山东济南250061;山东大学燃煤污染物减排国家工程实验室,山东济南250061;山东大学燃煤污染物减排国家工程实验室,山东济南250061;山东大学燃煤污染物减排国家工程实验室,山东济南250061【正文语种】中文【中图分类】TQ424.1;X701.7【相关文献】1.活性炭孔隙结构对活性炭过滤纸吸附性能的影响 [J], 唐爱民;贾超锋;刘泽明2.活性炭孔径分布和表面化学性质对吸附影响的研究进展 [J], 范明霞;张智3.活性炭表面化学性质对负载Cu颗粒性质及催化甲醇氧化羰基化反应的影响 [J], 张国强;郑华艳;郝志强;李忠4.活性炭表面化学性质对二氧化碳吸附平衡的影响 [J], 张睿;周贝;段晓佳;胡子君;李俊宁;金鸣林5.活性炭孔结构和表面化学性质对吸附硝基苯的影响 [J], 刘守新;陈曦;张显权因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
活性炭的吸附性能及有机物吸附介绍
活性炭的吸附性能及有机物吸附介绍活性炭是一种具有高度孔隙结构的吸附材料,在工业和生活中被广泛应用于水处理、空气净化、废气治理以及食品和药品加工等领域。
其优异的吸附性能使其成为有效去除有机物污染物的选择。
本文将探讨活性炭的吸附性能以及其在有机物吸附方面的应用。
一、活性炭的吸附性能1. 孔隙结构活性炭具有丰富的微孔、介孔和大孔结构,提供了较大的比表面积和孔容,因此具备良好的吸附能力。
微孔通常具有直径小于2纳米的孔隙,能吸附小分子有机物,而介孔和大孔可吸附大分子有机物。
2. 表面化学性质活性炭表面通常富含官能团,如羟基、醚基和酰基等,这些官能团对有机物的吸附起到重要作用。
例如,氨基活性炭对含有酸性基团的有机物具有很好的吸附能力。
3. pH值影响pH值对活性炭的吸附性能有一定影响。
在酸性条件下,活性炭的表面通常带有正电荷,对带有负电荷的有机物具有较好的吸附性能。
而在碱性条件下,活性炭的表面带有负电荷,对带有正电荷的有机物较为吸附。
二、活性炭对有机物的吸附应用活性炭广泛用于水处理领域,尤其是饮用水净化和废水处理。
活性炭能有效吸附有机物、重金属离子和微生物等水污染物,提高水质。
通过调整活性炭的孔径和表面官能团,可实现对特定有机物的选择性吸附,达到加工要求。
2. 空气净化活性炭在空气净化中用于去除有害气体、异味和有机污染物。
例如,在室内装修过程中产生的甲醛和苯等挥发性有机物可被活性炭吸附,达到持久净化的效果。
活性炭过滤器也常用于车内空气净化,有效吸附尾气中的有机污染物。
3. 食品和药品加工活性炭在食品和药品加工过程中,用于去除色素、有害气体和异味等有机物。
例如,在酿酒过程中,活性炭可吸附蛋白质和色素,提高酒类的质量。
在药品制造中,活性炭可用于去除杂质、有毒物质和残留溶剂。
三、活性炭的应用前景活性炭作为一种环保、高效的吸附材料,具有广阔的应用前景。
随着环境污染和水资源短缺的问题日益突出,活性炭在水处理、空气净化和废气治理领域的需求将持续增长。
影响活性炭吸附的因素
影响活性炭吸附的因素1、活性炭吸附剂的性质其表面积越大,吸附能力就越强;活性炭是非极性分子,易于吸附非极性或极性很低的吸附质;活性炭吸附剂颗粒的大小,细孔的构造和分布情况以及表面化学性质等对吸附也有很大的影响。
2、吸附质的性质取决于其溶解度、表面自由能、极性、吸附质分子的大小和不饱和度、附质的浓度等3、废水PH值活性炭一般在酸性溶液中比在碱性溶液中有较高的吸附率。
PH值会对吸附质在水中存在的状态及溶解度等产生影响,从而影响吸附效果。
4、共存物质共存多种吸附质时,活性炭对某种吸附质的吸附能力比只含该种吸附质时的吸附能力差5、温度温度对活性炭的吸附影响较小6、接触时间应保证活性炭与吸附质有一定的接触时间,使吸附接近平衡,充分利用吸附能力。
活性炭化学性活性炭的吸附除了物理吸附,还有化学吸附。
活性炭的吸附性既取决于孔隙结构,又取决于化学组成。
活性炭不仅含碳,而且含少量的化学结合、功能团开工的氧和氢,例如羰基、羧基、酚类、内酯类、醌类、醚类。
这些表面上含有的氧化物和络合物,有些来自原料的衍生物,有些是在活化时、活化后由空气或水蒸气的作用而生成。
有时还会生成表面硫化物和氯化物。
在活化中原料所含矿物质集中到活性炭里成为灰分,灰分的主要成分是碱金属和碱土金属的盐类,如碳酸盐和磷酸盐等。
这些灰分含量可经水洗或酸洗的处理而降低。
活性炭催化性活性炭在许多吸附过程中伴有催化反应,表现出催化剂的活性。
例如活性炭吸附二氧化硫经催化氧化变成三氧化硫。
由于活性炭有特异的表面含氧化合物或络合物的存在,对多种反应具有催化剂的活性,例如使氯气和一氧化碳生成光气。
由于活性炭和载持物之间会形成络合物,这种络合物催化剂使催化活性大增,例如载持钯盐的活性炭,即使没有铜盐的催化剂存在,烯烃的氧化反应也能催化进行,而且速度快、选择性高。
由于活性炭具有发达的细孔结构、巨大的内表面积和很好的耐热性、耐酸性、耐碱性,可作为催化剂的载体。
例如,有机化学中加氢、脱氢环化、异构化等的反应中,活性炭是铂、钯催化剂的优良载体。
污泥基活性炭孔结构及表面官能团对有机物吸附影响
2.2 污泥基活性炭的制备
将脱水污泥于通风避光处自然风干,破碎后过 3 mm 筛备用。将干污泥用浓度为 30%的 氯化锌溶液以固液比(干燥污泥和无水氯化锌固体的质量之比)为 1:0.8 的比例浸渍 24 h 后, 去除浮液,在 105℃条件下烘干 24 h,随后放入马弗炉在 600℃的条件下保持 60 min,取出 产物,稍加冷却后,用 0.1 mol/L 盐酸溶液加热煮沸 20 min,继续用 0.1 mol/L 盐酸溶液反复 清洗,随之用蒸馏水清洗至残液成中性。将清洗后的产物干燥,磨碎,过 150 目筛得到污泥 基粉末活性炭,记为 SAC。木质商品活性炭由广东省汕头市西陇化工厂有限公司提供,记为 MAC。
基金项目:国家 863 自由探索项目(2008AA06Z309);北京市自然基金(8093036) 作者简介:李道静(1986~),女,贵州,硕士研究生,lidaojing45@,TEL:13426461423 ∗ 通讯作者,张立秋(1972~),男,黑龙江,教授,博士,主要从事污水处理技术研究,zhangliqiu@。
Forestry University, Beijing 100083, China)
Abstract Production of sludge based activated carbon (SAC) is one of the research hotspots on sludge recycling. However, the influence of SAC’s physicochemical properties on the organic pollutants adsorption needs further investigations. In this study SAC was produced from sewage sludge in a municipal wastewater treatment plant. ZnCl2 activation method was adopted in the process. The physicochemical properties of SAC were determined and compared with those of a market activated carbon (MAC), which include surface area, pore distribution, surface functional groups and isoelectric point (IEP). Phenol and nitrobenzene were selected as the target compounds and their adsorption behaviors in water and organic solution were studied and compared. The experimental results showed that the surface area of the SAC (195.28 m2/g) was much smaller than that of the MAC (801.01 m2/g). Acid groups were the dominant functional groups on the SAC while basic groups were the dominant on the MAC. The uptake of both phenol and nitrobenzene in organic solution was much higher than that in water solution. It indicateded that adsorption competition from water molecular was high especially for phenol adsorption. During the adsorption process in water solution, hydrophobic interaction played a major role, leading to a better
粉末活性炭孔隙结构和表面化学性质对吸附SO_2的影响
粉末活性炭孔隙结构和表面化学性质对吸附SO 2的影响*李兵1,3薛建明1许月阳1王宏亮1马春元2陈建民3(1.国电科学技术研究院(国电环境保护研究院),南京210031;2.山东大学燃煤污染物减排国家工程实验室,济南250061;3.山东大学环境科学与工程学院,济南250100)摘要:采用5种粉末活性炭,在固定床实验台上研究SO 2在活性炭上的吸附过程。
通过N 2吸附、元素分析、Boehm 滴定、热重分析、傅立叶红外光谱表征活性炭的孔隙结构和表面化学性质,研究活性炭物理化学性质对吸附SO 2的影响。
结果表明:由于活性炭的原料和活化方法不同,活性炭具有不同的孔隙结构和表面化学性质,呈现不同的吸附SO 2的过程。
关联了SO 2饱和吸附量和活性炭性质之间的关系,发现SO 2吸附量与活性炭的比表面积、孔隙容积之间没有明确的关系;SO 2吸附量随着微孔孔径的降低而增加、随着表面碱性官能团数量的增加而增加。
粉末活性炭的微孔孔径和表面化学性质共同影响着SO 2的吸附。
关键词:粉末活性炭;SO 2;吸附动力学;表面性质EFFECT OF PORE STRUCTURE AND SURFACE CHEMISTRY OFPOWDERACTIVATED CARBON ON SO 2ADSORPTIONLi Bing 1,3Xue Jianming 1Xu Yueyang 1Wang Hongliang 1Ma Chunyuan 2Chen Jianmin 3(1.Guodian Science and Technology Research Institute (State Power Environmental Protection Research Institute ),Nanjing 210031,China ;2.National Engineering Laboratory for Coal -fired Pollutants Emission Reduction ,Shandong University ,Jinan 250061,China ;3.School of Environmental Science and Engineering ,Shandong University ,Jinan 250100,China )Abstract :Five kinds of powder activated carbons were used to investigate SO 2adsorption in a fixed bed reactor.The physicochemical properties were characterized by N 2adsorption isotherm ,elemental analysis ,Boehm titration ,ther-mogravimetric analysis and FT -IRspectroscopy.The effects of pore structure and surface chemistry of powder activa-ted carbon on SO 2adsorption were discussed.The results show that the activated carbons have different pore structure and surface chemical properties because of the different precursor and activation method ,and present different time course of SO 2adsorption.SO 2adsorption is correlated with the properties of activated carbon.SO 2adsorption capacity is independent of specific surface area and pore volume and increases with micropore width decreasing ,which is in-creased with the increase in the amounts of surface basic functional groups .The micropore width and surface chemis-try of powder activated carbon influence SO 2adsorption.Keywords :powder activated carbon ;SO 2;adsorption kinetics ;surface properties*国家高技术研究发展计划(863计划)(2013AA065401)。
粉状活性炭的孔结构构建及其对催化性能的影响研究
粉状活性炭的孔结构构建及其对催化性能的影响研究摘要:粉状活性炭作为一种常见的催化剂载体,其孔结构对催化性能具有重要影响。
本文通过研究不同孔结构的粉状活性炭的制备方法及其在催化反应中的应用,探讨孔结构对催化性能的影响,并提出一些进一步的研究方向。
1. 引言活性炭被广泛应用于吸附、分离、催化等领域,其中粉状活性炭因其大比表面积和优良的吸附性能而备受关注。
然而,粉状活性炭表面积的增加可能会导致孔径的减小,从而对其催化性能产生负面影响。
因此,深入研究粉状活性炭的孔结构对催化性能的影响具有重要意义。
2. 孔结构的构建方法2.1 物理法物理法制备粉状活性炭通常涉及高温碳化和活化过程。
在高温下,原料经过干馏和热解过程,形成一定孔径的颗粒状活性炭。
然后,通过活化处理,进一步形成更多的微孔和介孔结构。
物理法制备粉状活性炭简单易行,但对孔结构的调控有限。
2.2 化学法化学法以某些物质的化学反应为基础,通过合成过程来构建粉状活性炭的孔结构。
例如,采用硝酸处理活性炭可形成大量氮化物,有效地增加活性炭的孔结构和比表面积。
化学法制备粉状活性炭具有较高的孔结构可控性,但在合成过程中需要注意处理条件和处理剂的选择。
2.3 模板法模板法是一种常用的制备有序孔结构的方法。
通过选择特定的模板物,可以在粉状活性炭的制备过程中形成一定孔径和有序孔道。
常用的模板包括硬模板(如介孔硅)和软模板(如聚合物)。
模板法制备的粉状活性炭具有高度有序的孔结构,具有较好的吸附和催化性能。
3. 孔结构对催化性能的影响3.1 微孔结构对活性中心的负载和扩散影响微孔结构是粉状活性炭中最常见的孔结构之一,对催化剂的活性负载和反应物质的扩散起到重要作用。
较小的孔径有利于活性中心的负载,增加活性位点数目;而合适的孔径能够提高反应物质的扩散速率,促进反应。
3.2 介孔结构对反应物质的扩散和传质影响介孔结构是指孔径在2-50 nm之间的孔道。
与微孔相比,介孔具有更大的孔径,有利于大分子物质的扩散。
活性炭的孔隙结构和表面酸性对其香料吸附性的影响
E f e c t s o f P o r o s i t y P r o p e r y t a n d Ac i d F u n c i t o n a l Gr o u p s o f Ac i t v a t e d
活性炭表面性质对其吸附及氧化氢醌的影响
活性炭表面性质对其吸附及氧化氢醌的影响作者:孟程摘要:活性炭作为工业生产中应用较为广泛的一种吸附剂,其表面性质对于吸附能力具有直接影响。
结合研究现状,文章首先介绍了活性炭、氢醌的理化性质,其次对活性炭空隙结构的表征内容进行了探讨,然后分别介绍了活性炭材质对吸附转换的影响以及活性炭材质对氢醌吸附率的影响,最后对活性炭材质对氢醌氧化机理的影响,希望能够进一步提升活性炭的表面性能,更好的处理废水中的各种有机物质。
关键词:活性炭表面性质;吸附;氢醌引言随着经济社会的快速发展,目前活性炭的吸附功能在工业生产、环境治理甚至医药等高端领域都具有广泛的应用。
随着活性炭表面性能改造技术的不断成熟,其表面性能对吸附质的吸附能力影响因素也成为业内人士普遍关注的问题。
为了进一步探讨活性炭表面性质对氢醌吸附、氧化的影响,现就相关内容探讨如下。
一、活性炭与氢醌理化性质概述活性炭是指通过木屑、果壳、煤炭以及石油焦等物质碳化处理后形成的一种多孔非结晶物质,该物质被广泛的应用于吸附剂、催化剂等领域,同时在医学、电子以及纳米新材料等领域也起到决定性的作用。
从理化性质的角度上来看,活性炭疏松多孔,内表面面积大,具有很强的吸附性。
除此之外,其还具有疏水的特征。
这些表面性质决定了吸附物与活性炭之间的结合十分紧密,这也是其应用于各种吸附处理技术中的主要原因。
许多活性炭的表面都存在各种复杂的原子与活性官能团。
氢醌又称之为苯二酚,属于一种日常生活中常见的化合物,其应用广泛,包括合成染料、抑制剂、橡胶防老等方面都能够看到这种化合物的身影。
其广泛存在于自然界中,本身具有一定的毒性,所以对于人体和环境都具有一定的危害。
氢醌物质在还原剂的影响下能够还原成氢醌类化合物,在微生物的转化过程中属于一种重要的中间产物。
二、活性炭孔隙结构的表征活性炭空隙结构包括比表面积以及通过滴定法得到了官能团的数量。
根据研究结果分析可以发现,微孔的表面积的大小上升时,活性炭的的吸附能力会显著加强,而当表面积的大小降低时,则会出现吸附力不足的情况。
活性炭的分类以及影响其吸附的主要因素
活性炭的分类以及影响其吸附的主要因素活性炭又称活性炭黑。
是黑色粉末状或颗粒状的无定形碳。
活性炭主成分除了碳以外还有氧、氢等元素。
活性炭在结构上由于微晶碳是不规则排列,在交叉连接之间有细孔,在活化时会产生碳组织缺陷,因此它是一种多孔碳,堆积密度低,比表面积大。
根据吸附过程中,活性炭分子和污染物分子之间作用力的不同,可将吸附分为两大类;物理吸附和化学吸附(又称活性吸附)。
在吸附过程中,当活性炭分子和污染物分子之间的作用力是范德华力(或静电引力)时称为物理吸附;当活性炭分子和污染物分子之间的作用力是化学键时称为化学吸附。
物理吸附的吸附强度主要与活性炭的物理性质有关,与活性炭的化学性质基本无关。
由于范德华力较弱,对污染物分子的结构影响不大,这种力与分子间内聚力一样,故可把物理吸附类比为凝聚现象。
物理吸附时污染物的化学性质仍然保持不变。
活性炭分类:按原料来源分:木质活性炭、兽骨/ 血活性炭、矿物质原料活性炭、其它原料的活性炭、再生活性炭。
按制造方法分:化学法活性炭(化学炭)、物理法活性炭(物理炭)、化学–物理法或物理–化学法活性炭。
按外观形状分:粉状活性炭、颗粒活性炭、不定型颗料活性炭、圆柱形活性炭、球形活性炭、其它形状的活性炭。
活性炭水处理所涉及的吸附过程和作用原理较为复杂,影响活性炭吸附能力的因素也较多。
活性炭吸附能力的影响因素主要有以下三点:活性炭的吸附能力与污水浓度有关。
一定的温度下,活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高。
吸附能力和吸附速度是衡量吸附过程的主要指标。
吸附能力的大小是用吸附量来衡量的,而吸附速度是指单位重量吸附剂在单位时间内所吸附的物吸附速度决定了污水需要和吸附剂接触时间、质量,水处理中,颗粒越小。
活性炭的吸附能力与活性炭的孔隙大小和结构有关。
一般来说,孔隙扩散速度越快,活性炭的吸附能力就越强。
因此温度低对污水的pH值和温度对活性炭的吸附也有影响。
活性炭一般在酸性条件下比在碱性条件下有较高的吸附量。
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收稿日期: 2011 - 03 - 21 责任编辑: 张晓宁 基金项目: 山东省优秀中青年科学家科研奖励基金资助项目( BS2009HZ021 ) ; 山东省科学技术发展计划资助项目( 2009GG2GC06003 ) Tel: 0531 - 作者简介: 李 兵( 1983 —) , 男, 山 东 聊 城 人, 博士研究生。 E - mail: libing831125 @ mail. sdu. edu. cn。 联 系人: 马 春 元 ( 1961 —) , 88399369 , E - mail: chym@ sdu. edu. cn
稳定阶段 NO 氧化成 NO2 的转化率为 ( C in - C out ) × 100 % η = C in C in 、 C out 分别为 NO 的入口和出口浓度, %。 式中,
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实验研究
实验材料 选择 5 种不同的粉末活性炭, 分别为煤质活 性 炭
图1 Fig. 1 实验系统 Schematic diagram of the experimental system
[6 ] 转化率。Zhang 等 认为活性炭低温吸附氧化 NO 的 活性与活性炭的微孔直径 有关, 最 佳 孔 径为 0. 7 nm, [7 ] 与表面化学性质 无 关。 Guo 等 发 现 比 表 面 积 不 是 [8 ] 影响活性炭吸附氧化 NO 的 决定 因素。 Sousa 等 发 现 NO 的转化率随 着 活 性 炭中 N 元 素 含量 的 增 加 而 增加。 以上 研究 试 图 关 联 活 性 炭 吸 附 氧 化 NO 与活 性炭的物 理化 学 性质 之 间 的关系, 导 致 了 不 同 的结 果。因此, 阐明活性炭的何种 因素 对 吸 附 氧 化 NO 起 决定作用, 对于实现活 性 炭的 定向 制备, 针对特定用
( National Engineering Laboratory for CoalFired Pollutants Emission Reduction, Shandong University, Jinan 250061 , China)
Abstract: Five kinds of powder activated carbons were investigated to the adsorption and oxidation of NO at low temperature in a batch fluidized bed reactor. The adsorbents were characterized by N2 adsorption, elemental analysis, Boehm titration and pH measurement. The activated carbons have different pore structure and surface chemical properties because of the different precursor and activation method, and present different time course of adsorption and oxidation of NO. NO conversion into NO2 in the stationary stage is correlated with the properties of activated carbons. The results show that NO conversion is independent of the pore structure such as specific surface area, pore volume, and average pore width. NO conversion increases with the amounts of surface basic functional groups. The surface chemistry is the most important factor on the adsorption and oxidation of NO for the samples used in this study. Key words: activated carbon; surface chemical property; adsorption; NO; fluidized bed 燃煤电厂烟气排放出大量的氮氧 化 物, 因 此 NO x 的 污染 防治 变 得 尤 为 迫切。 有研究 表 明, 低 温 下, 碳 质材料作为吸附剂 和 催 化 剂 可 以 有 效 脱 除 烟 气 中的 NO, 因 此活 性 炭、 活 性 炭 纤 维、 煤 焦 等 碳 质 材料 被 广 [1 - 9 ] 。 泛用于吸附 NO 的研究 Mochida 等[3 - 5]研究了活性炭纤维低温吸附氧 化 NO, 发现活性炭 纤 维 的比 表 面 积 和 表 面 含 氧 官 能团 共同决定了 NO 氧化成 NO2 的 转 化 率, 对活性炭纤维 进行热处理后分解了表面 含 氧 官 能团, 提高了 NO 的
李 兵, 张立强, 蒋海涛, 王志强, 马春元
( 山东大学 燃煤污染物减排国家工程实验室, 山东 济南 250061 )
要: 采用 5 种粉末活性炭, 在间歇式流化床实验台上研究流态化活性 炭 低 温 吸 附 氧 化 NO 的 动 Boehm 滴定、 pH 测量表征 活 性 炭的 孔隙 结构和 表 面 化 学性 质。 力学过程。通过 N2 吸附、 元素分析、 摘 结果表明: 由于活性炭的原料和活化方法不同, 活性 炭 具有 不同 的 孔隙 结构和 表 面 化 学性 质, 呈现 不同的吸附氧化 NO 的动力学过程; 关联稳定阶段 NO 氧化成 NO2 的转化率和活性炭性质之间的关 系, 发现 NO 的转化率与活性炭的比表 面 积、 孔隙 容 积 和 平 均 孔 径 等 参 数 没 有 明确 的 关 系, 而是随 活性炭表面碱性官能团数量的增加而增加, 表面化学性质是影响活性炭吸附氧化 NO 的主要因素。 关键词: 活性炭; 表面化学性质; 吸附; NO; 流化床 中图分类号: TQ424. 1 ; X701. 7 文献标志码: A
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结果与讨论
活性炭的性质表征 由图 2 可知, 按照 IUPAC ( 国 际 理论与 应 用化 学 5 种 粉 末 活 性 炭的 N2 吸 附 等 温 线 都 联合会) 的分 类, 属于 Ⅰ 型 吸 附 等 温 线 , 呈 现 微 孔 吸 附 特征。 活 性 炭 WAC 、 CAC1 和 CAC4 的吸 附 等 温 线 在 较 低 相 对 压 力 区域急剧上升, 然后随 相 对 压 力 的 升高, 吸附量增加 速度变缓, 在较高 相 对 压 力 区 域, 吸附量随相对压力 的增 加 略 有 增 加 , 随 饱 和 压 力 的达到, 吸附等温线表 “拖尾” , 现为 一 条 向 上 的 逐渐与相对压力 p / p0 = 1 轴 相交, 并且脱附曲 线 存 在 明显 的 滞后 环, 说明活性炭 除了具 有 大 部 分 微 孔 外, 还 有 一 部 分 中 孔; 活 性 炭 CAC2 和 CAC3 的吸附等温线在较低相对压力区 域 急 剧升高, 然后随相 对 压 力 的 升高 吸 附 量 缓 慢 增 加, 在 较高 相 对 压 力 区 域 , 吸附量随相对压力的增加基 本不 变, 吸附等温线呈 现 水 平 的 趋 势, 脱 附 曲 线 未 显示出 说明这两种活性炭主要是微孔。 明显的滞后环,
第 36 卷第 11 期 2011 年 11 月
煤 炭 学 报 JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETY
Vol. 36 Nov.
No. 11 2011
文章编号: 0253 - 9993 ( 2011 ) 11 - 1906 - 05
活 性 炭 孔 隙 结 构和 表 面 化 学 性 质 对 吸 附 氧 化tructure and surface chemical properties of activated carbon on the adsorption and oxidation of NO
LI Bing, ZHANG Liqiang, JIANG Haitao, WANG Zhiqiang, MA Chunyuan
CAC1 、 煤 质 活 性 炭 CAC2 、 高吸附值煤质活性炭 CAC3 、 低 吸 附 值 煤 质 活 性 炭 CAC4 和 木 质 活 性 炭 WAC 。5 种粉末活性炭的平均粒径均为 48 μm。 1. 2 活性炭的性质表征 活性炭的 孔隙 结构 性质 通 过 N2 吸 附 等 温 线 表 征。在 QuadraSorb Station 1 仪 器 上测 量 N2 吸 附 等 温 线, 获得的数据 通 过 BET 方 法 计 算 活 性 炭的比 表 面 积; 通过 DFT ( 密 度 泛 函 理论 ) 计 算 活 性 炭的 微 孔 容 积、 孔容积和平均孔径。元素分析在 Vario EL 分析仪 H、 N 模式测量, O 元素含量采用差 额 法 计 算; 上以 C 、 按照相应的国家 标 准 测 定 活 性 炭的 灰 分。 按照 Boehm 滴 定[10] 的 方 法 测 量 活 性 炭 表 面 酸 性 官 能团和 碱 性官能团的数量。0. 2 g 活 性 炭 浸 泡 在 100 mL 蒸 馏 水中, 搅拌, 放 置 24 h, 然后 将 浸 泡 液 过 滤, 用 METTLER TOLEDO - FG2 仪器测量滤液的 pH 值, 表征活 性炭的 pH 值。 1. 3 NO 吸附氧化 在 间 歇 式流 化 床 实 验 台 上 进行 粉 末 活 性 炭 低 温 吸附氧化 NO 的实验, 实验 系 统 如 图 1 所 示。 流 化 床 反应 器 由 圆 柱 形 玻 璃 制 成, 内 径 为 20 mm, 高度为 1 000 mm, 布风板由烧 结的 多孔 玻璃 板 制成, 布置在 O2 、 NO / N2 的 流 量 均 距反应器 底 部 500 mm 处。 N2 、 由质量流量计精确控制, 气体混合均匀后进入流 化 床 反应器, 反应气体流量为 500 mL / min, 相应的气体表 0. 027 m / s , 观速度为 保 证 活 性 炭 充 分 流 态 化。 反 应 器入口、 出口气 体 中 NO 和 NO2 的 浓 度 经 FT - IR 烟 气分析仪在线测量。实验前, 活性炭置于 105 ℃ 的恒 温干燥箱中干燥 24 h, 除 去 活 性 炭中的 水 分。 将 1 g 干 燥 后 的 活 性 炭 置 入 流 化 床 反 应 器 内, 在 500 mL / min 的 N2 作用下将活性炭流态化 30 min, 排除系统内 的空气和其他 气 体 杂 质, 然后 将 N2 切 换 成 反 应 气 体 ( NO 的体积分数 0. 05% , O2 的 体 积 分 数 6% , N2 为 平 衡气) 进行 吸 附 氧 化 NO 的 实 验, 吸 附 温度为 30 ℃ 。