酸、碱改性活性炭对甲苯吸附性能的影响

酸、碱改性活性炭对甲苯吸附性能的影响

作者：赵婧宇

来源：《中国化工贸易·中旬刊》2019年第04期

摘要：活性炭作为现代工业、生产生活中应用较为广泛的吸附剂，其吸附性能的高低也直接决定了产品的使用价值。文章首先介绍了活性炭对甲苯的吸附原理与基本影响因素，其次对酸碱改性活性炭的处理流程进行了探讨，并在最后对酸碱改性活性炭对甲苯吸附性能的影响进行了阐述，希望可以有效提升吸附水平，进一步提升活性炭的产品价值。

关键词：酸碱改性;活性炭;甲苯;吸附性能

活性炭是一种吸附能力很强的吸附剂，其具有吸附的速度快、容量大的优势，同时再生的成本也不高，所以能够适应多种生产环境与物质的吸附要求。其中，针对甲苯的吸附性能是废气处理行业普遍关注的问题。为了进一步分析酸碱改性活性炭对于改善甲苯吸附性能的作用，现就其吸附原理与影响因素探讨如下。

1 活性炭对甲苯吸附性能概述

1.1 吸附原理

根据相关研究结果表明，活性炭对于挥发性有机物具有良好的吸附作用。在作用过程中，活性炭的内表面的表面积很大，同时对于多种孔洞结构，可以与甲醛、甲苯等有机物充分接触，通过表面官能团可以实现活性炭表面的活化，从而吸附大量的有机物。

1.2 影响因素

影响活性炭对于甲醇甲苯吸附性的因素众多，其中根据化学后处理的方法来提升表面活性，控制活化温度并改善基质都是常用的调控方式。所以，不同的类型的活性炭表面官能团结构调整与空隙结构变化都可以影响到活性炭对于甲苯的吸收性能。目前，工业上多采用酸碱改性的方法对其进行处理，这是由于酸性物质、碱性物质处理后，比表面积以及表面的活性位点都会发生影响，不同的理化性质改善结果不同，最终的影响效果也不一样。

2 酸、碱改性活性炭

2.1 酸碱改性处理

酸碱改性处理过程中需要选择不同类型的溶液进行改性，包括硫酸（H2SO4）、磷酸、氢氧化钠（NaOH）、氨水（NH3）等，对比改性前后的扫描电镜图，其中活性炭的表面呈现出蜂窝状结构，而孔隙结构丰富、小孔密集。经过比较发现，利用氢氧化钠（NaOH）以及氨水（NH3）处理后的活性炭的微孔总数从3.4%增加到10.6%，明显增加，整体比表面积增大。而经过硫酸（H2SO4）、磷酸处理后，活性炭的内部孔结构出现了破坏的情况，所以改性后的比表面积没有得到扩大。尽管进行改性处理后的形貌变化不太明显，不过整个活性炭的结构依然是蜂窝状结构为主。

2.2 二次改性处理

在一次改性处理分析完成后，可以进行二次改性活性炭的理化性质分析，这个过程中可以对活性炭吸附甲苯的蒸汽能力进行评价，经过酸性处理后，酸性官能团的数量大小发生了变化，其中随着氢氧化钠（NaOH）溶液的浓度有明显的升高趋势，同时活性炭的表面含氧酸性官能团的数量则有所减少，这是由于表面的含氧酸性官能团的数量本来较多，但是在碱性环境下发生了反应，导致表面的酸性官能团的数量下降，相同条件下的吸附能力被削弱。

3 酸、碱改性活性炭对甲醇、甲苯吸附性能的影响

3.1 改性活性炭对甲苯蒸气动态吸附

利用动态吸附试验的方式来对改性后的活性炭的甲苯蒸气吸附能力进行分析，这个过程中可以发现当吸附的蒸汽浓度相对恒定时，建改性活性炭的吸附量提升十分明显，而酸改性却在一定程度上抑制了甲苯的吸附能力。根据动态吸附的过程原理来看，甲苯分子传质过程中吸附在柱上，其中载气流速、吸附柱的填充密度等都是影响最终动态吸附性能的重要因素。在吸附過程中穿插了一些其他的影响因素，比如吸附柱的填充质量变化以及其他的影响，导致气体在吸附柱内的实际停留时间较长，或者吸附甲苯的综合质量较大，如下图1所示：

图1一次性改性活性炭傅里叶红外光谱图

3.2 改性活性炭对甲苯蒸气吸附影响

分析改性活性炭对甲苯蒸气吸附量的影响，需要结合理化性质进行讨论。在表面的理化性质发生明显改变后，活性炭的表面理化特征对于吸附能力产生了影响。其中，表面结构是影响吸附量的最重要的因素之一，其中活性炭的吸附量大小以及活性炭的空洞结构都是对微孔结构较为敏感的部分，所以也会直接作用于吸附能力。在吸附的过程角度上分析，整个过程中包括外扩散与内扩散以及表面吸附是那种模式，其中内扩散与表面吸附主要依靠活性炭的孔道容积，容积越大吸附能力越强，这与吸附剂的孔径大小、吸附质分子质量等内容有关。而在活性炭的微孔面积与吸附量的关系方面分析，可以发现碱改性后，甲苯的吸附量有较大幅度提升，这应该是得益于孔道的容积获得了提升所导致的结果。

4 总结

综上所述，酸碱改性活性炭能够有效提升甲醇甲苯的吸附能力，这主要是由于在改性处理的过程中，活性炭的表面积、官能团的数量等方面的因素都获得了改善，同时微孔容积以及表面酸性官能团的数量也发生了变化，这样就可以有效提升活性炭的甲苯吸附能力，从而更好的适应表面官能团的目标要求。在本研究中探讨了理化性质、蒸气动态吸附等方面的影响，希望可以为顺利完成酸碱改性处理工艺，提升活性炭的品质奠定良好的基础。

参考文献：

[1]宋剑飞.活性炭吸附VOCs及其构效关系研究[D].长沙：中南大学，2014.