活性炭的表面改性研究及进展

活性炭的表面改性研究及进展

本文概述了活性炭的结构、性质及分类，并主要针对活性炭的物理结构、化学及电化学性质这三个方面对活性炭进行表面改性的方法做了综述，另外对改性活性炭的前景做出展望。

标签：活性炭表面改性含氧官能团

活性炭是经含碳类物质加热炭化后，再经药剂或水蒸气活化而值制得的多孔性炭结构的吸附剂。其可分为粉末活性炭、颗粒活性炭和纤维活性炭。活性炭中的碳原子可与大部分的氢，氧以化学键的形式相结合形成有机官能团[1]。表面官能团是影响活性炭化学性质的主要因素，而表面官能团主要以表面含氧官能团和表面含氮官能团两种形式存在。表面含氧官能团有羧基、羰基、内酯基、醌基等，它们都能表现出一定的酸性，含氮官能团有酰胺基、酰亚胺基、乳胺基、吡咯基和吡啶基等[2-4]。

一般的活性炭存在比表面积较小、吸附选择性差、灰分较高、对水中污染物的去除有一定的局限性等缺点，因此需要对其物理结构及化学性质进行一定黏度的改性，以提高活性炭对水中污染物的去除率。

一、表面物理结构的改性

活性炭表面结构的改性是指在活性炭材料的制备过程中利用物理或化学的方法来增大活性炭材料的比表面积、调整活性炭的孔隙结构及分布，使活性炭材料的吸附表面结构发生改变，从而改变活性炭材料的物理吸附性能[5]。

一般活性炭表面物理结构的改性过程分为两步：首先为了将活性炭中的易挥发成分除去，需对活性炭进行炭化处理，然后利用一些氧化性气体如H2O、CO2、O2和空气等对其进行活化处理，通过开孔、扩孔、创造新孔这一系列过程，使活性炭的孔隙结构更丰富[6]。另外，在活化过程中，可以加入一些活化剂，这样可丰富孔隙结构，并使孔径分布更加均匀。

二、表面氧化改性

表面氧化改性是指在一定的条件下利用适当的氧化剂对活性炭进行氧化处理，使活性炭表面的含氧官能团发生氧化，从而增加含氧官能团的数量及增强活性炭的亲水性[5]。经氧化处理后的活性炭的比表面积及孔容会有所降低，活性炭的表面几何形状变得均一，而且所用的氧化剂的种类的不同会形成不同的数量和种类的含氧官能团。王重庆[7]等研究了在醋酸铜溶液中，用H2O2和HNO3对活性炭进行表面氧化改性后对CO2的吸附效果，结果表明，经氧化改性后的活性炭的表面酸性含氧官能团数量增加，对CO2的吸附有一定程度的提高。

三、表面还原改性

表面还原改性是在适宜的温度下使活性炭表面的官能团与还原剂发生还原反应，促使活性炭中碱性基团的比含量增加，并使得非极性物质更易被活性炭吸附。经还原改性后的活性炭表面碱性含氧基团数量会增加，吸附能力也有一定的提高。高尚愚[8]等研究了经H2改性后的活性炭对苯酚的吸附效果，研究结果表明，改性后的活性炭表面的酸性基团明显减少，其对苯酚的吸附容量也大大提高。

四、负载金属改性

负载金属改性是将活性炭浸入到金属盐溶液中，使得金属能在活性炭表面吸附，因活性炭本身的具有的化学性质，可使吸附在其表面的金属得以还原，加以在高温下一些金属盐可释放出气体，这些气体可使活性炭的结构更加疏松，以便更好地吸附污染物质。张朝红[9]等研究了在微波辐照下，用碳酸铁改性后的活性炭对甲基橙和对硫磷的降解效率，研究结果表明，经改性后的活性炭的降解效率显著提高。

五、酸碱改性

酸碱改性是指将活性炭用酸或碱处理，使其表面官能团的数量发生改变，以达到提高活性炭吸附性能的目的。刘守新[10]等研究了活性炭经酸碱两步改性后对水中Cr（Ⅵ）的吸附效果，第一步用HNO3溶液对活性炭进行氧化处理，第二步将活性炭在NaOH和Nacl混合液中处理，结果表明，经酸碱两步改性后的活性炭对Cr（Ⅵ）的吸附容量和吸附速度均有一定程度的提高。

六、结语

随着活性炭在各个领域的应用日益广泛，人们对活性炭的要求不断提高，改性后的活性炭虽能克服一些普通活性炭的缺点，但目前对于改性活性炭对水中无机物吸附的机理研究甚少，在其他方面的吸附效果也不是很理想，因而为了提高改性活性炭对不同物质的吸附能力及完善改性活性炭的吸附机理，应综合各种改性方法的优点，有针对性的对活性炭经行改性，这些亟待解决的问题将成为今后的研究热点。

参考文献

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[2]范延臻，王宝贞. 活性炭表面化学[J]. 煤炭的转化，2000，23（4）：26-29.

[3]王鹏，张海禄. 表面化学改性吸附用活性炭的研究进展[J]. 碳素技术，2003，126（3）：24-27.

[4]丘介山，王艳斌，邓贻钊. 几种活性炭表面酸性基团的测定机器对吸附的影响[J]. 碳素技术，1996，（4）：11-16.

[5]梁霞，王学江. 活性炭的改性方法及其在水处理中的应用[J]. 水处理技术，2011，37（8）：1-5.

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[7]王重庆，刘晓勤，姚虎卿. 表面改性活性炭对CO2的吸附性能[J]. 南京化工大学学报，2000，22（2）：63-65.

[8]高尚愚，安部郁夫，棚田成纪等，表面改性活性炭对苯酚及苯磺酸吸附的研究[J]. 林产化学与工业，1994，24（3）：29-34.

[9]张朝红，单亚波，臧树良，等. 硫酸铁改性活性炭催化微波降解对硫磷的研究[J]. 中国给水排水，2006，22（11）：26-30.

[10]刘守新，陈孝云，陈曦，等.表面酸碱两步改性对活性炭吸附Cr（Ⅵ）的影响[J]. 环境科学，2005，26（6）：89-93.