活性炭的双氧水表面改性及其防护性能_翟玲娟.caj

考察了双氧水浓度、氧化时间及氧化温度对浸渍炭防护氯化氰的性能影响。采用 Zeta 电位滴定对氧化
前后样品进行了表征分析。研究发现双氧水氧化改性可降低活性炭的等电点，增加活性炭表面酸性官
能团，从而提高活性炭的表面亲水性。其中浸渍炭对氯化氰的防护时间受双氧水浓度和氧化时间影响
较小，受氧化温度影响最大，当双氧水浓度为 5%，氧化时间为 3.5 h，氧化温度为 B℃时制备的浸渍炭
2012 年第 2 期，39~42
舰船防化
CHEMICAL DEFENCE ON SHIPS
№2,39~42
Байду номын сангаас
活性炭的双氧水表面改性及其防护性能
翟玲娟，郭娟丽，贾建国，朱春来，肖春英
(中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北 邯郸 056027)
摘 要：采用双氧水对活性炭进行了表面改性，以改性活性炭为载体，添加活性组分后制备成浸渍炭，
--
--
--
26.0
2
5
2
D
26.6
3
5
3.5
D
28.9
4
5
5
D
28.8
2.3 氧化温度的影响
保持 H2O2 溶液浓度和氧化处理时间不变，在不
同温度下氧化处理活性炭，考察氧化温度对浸渍炭防
毒性能的影响，改性条件及改性后活性炭制备的浸渍
炭催化剂对氯化氰的防护时间见表 3。
表 3 氧化温度对浸渍炭催化剂防护氯化氰的影响 Table 3 Influence of treatment temperature to modified activated
表 1 H2O2 浓度对浸渍炭催化剂防护氯化氰的影响 Tab.1 Influence of H2O2 concentration to modified activated
carbon catalyst for cyanogen chloride protection time
序 氧化剂浓度 处理时间 氧化温度 防护时间
0前言
活性炭由于具有高的比表面积、发达的孔隙结构、 丰富的表面官能团和优异的化学物理稳定性而广泛
应用于吸附和催化领域[1,2]。在化学防护领域用于消 除化学毒剂也有较为广泛的应用[3,4]。活性炭在制备 过程中非碳元素（如氧、氢、硫、卤素等）与碳元素 形成化学键，特别是氧与碳可形成多种类型的官能团，
1 空气过滤罐; 2 湿度调节器; 3 干湿球温度计; 4 空气总流量 计; 5 毒剂蒸汽流量计; 6 毒剂钢瓶; 7 流量计; 8 测定管; 9 指
示剂瓶
1 实验部分
图 1 氯化氰防护时间测试流程图
实验采用的活性炭样品为粒状活性炭，标记为： BN06，改性后标记为 GXBN06。
活性炭改性工艺如下：称取活性炭样品 200g 放 入反应器中，然后加入一定浓度的双氧水溶液 1000ml， 置于恒温水浴中处理一段时间。处理后的样品经蒸馏 水洗涤后放入烘箱中 120℃干燥 5h，即得到改性活性 炭。
Zeta 电位是对颗粒之间相互排斥或吸引力的强 度的度量。采用 Zeta 电位方法测定改性前后活性炭 的等电点，活性炭等电点的差异会对后来的浸渍催化
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剂造成很大的影响，直接影响催化性能。图 1 给出 了氧化改性前后 BN06 活性炭的 Zeta 电位曲线。
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不同类型的含氧官能团使活性炭表现出不同的表面 行了表征分析。
性质。在浸渍炭防毒性能应用中发现，具有相同或相 似孔隙结构的活性炭所制备的浸渍炭防护性能也有 很大的不同。通过对活性炭表面性质的研究，认识到 活性炭受原料的影响很大，即使相同工艺条件下生产 的活性炭表面性质也有较大差异，这给活性炭应用带 来很大困难。活性炭的表面化学性质可以通过后期改 性提高其表面官能团含量，并改变其酸碱性质，从而
改性条件及改性后活性炭制备的浸渍炭催化剂对氯
化氰的防护时间见表 2。
由表 2 可以看出，在低 H2O2 浓度，氧化温度 D℃ 试验条件下，氧化处理时间对浸渍炭防毒性能的影响
不是很明显，当处理时间超过 3.5h 后，浸渍炭的防护
性能基本稳定，氧化处理时间维持在 3.5h 左右即可。
表 2 氧化剂处理时间对浸渍炭防护氯化氰的影响
氰的防护性能，采用浓度 5%的 H2O2 处理的浸渍炭防 毒 时 间 为 28.9min ， 大 于 未 改 性 浸 渍 炭 防 毒 时 间
26.0min，合适的氧化剂浓度应采用 5%。
2.2 处理时间的影响
固定 H2O2 浓度和氧化温度不变，改变氧化处理 时间，考察氧化处理时间对浸渍炭防毒性能的影响，
Table 2 Influence of treatment time to modified activated carbon
catalyst for cyanogen Chloride protection time
序 氧化剂浓度 处理时间 氧化温度 防护时间
号 （%）
（h）
（℃） （min）
1
号 （%）
（h）
（℃） （min）
1
--
--
--
26.0
2
5
3.5
D
28.9
3
10
3.5
D
28.3
4
15
3.5
D
26.2
由表 1 可以看出，随着 H2O2 浓度增大，浸渍炭 防毒时间有所降低。氧化剂浓度太高，可能对活性炭
表面性质和孔隙结构氧化过度，造成浸渍炭的防护性
能不好。低浓度氧化剂处理有利于增强浸渍炭对氯化
Fig.1 Flow chart of the protective time for cyanogen chloride test
压缩气源经空气过滤罐 1 净化，再经湿度调节器 2 加湿成试验要求的湿度，与由毒剂钢瓶 6 发生的氯 化氰蒸汽混合成一定浓度，分成相同的几组支路，染 毒空气经流量计 7 后，进入装有待检的浸渍炭防护时 间测定管 8，透过气体再经装有指示剂的指示瓶 9， 检查有无氯化氰蒸汽透过炭层，当氯化氰穿透炭层时， 指示剂变色，测试结束。实验测试中规定的氯化氰的 浓度及湿度通过流程中的两通阀调节控制。 2.1 H2O2 浓度的影响
对氯化氰的防护效果最好，防护时间高达 34.9min。 关键词：活性炭；双氧水；表面改性；防护
中图分类号：TQ424.1
文献标识码：A
Surface Modification and Protective Property of Activated Carbon by H2O2
Zhai Ling-juan, Guo Juan-li, Jia Jian-guo, Zhu Chun-lai, Xiao Chun-ying
2 结果与讨论
本文以基炭 BN06 作为研究对象，考察双氧水浓 度、处理温度和处理时间对其表面性质及氯化氰防护
性能的影响。实验流程图参看图 1。 2
3
4
5
得到具有特殊吸附性能的改性炭材料。氧化改性是活 6
性炭表面化学改性的重要方法之一。常用的氧化剂有
硝酸[5～7]、 酸性高锰酸钾溶液、次氯酸溶液等。利用
(The 718th Research Institute of CSIC, Handan 056027, China)
Abstract: Activated carbon was modified with H2O2, and carbon supported catalysts were prepared by using the modified activated carbon as a carrier through impregnating the active component. The influences of the H2O2 concentration, treatment time and treatment temperature to the impregnated activated carbon for cyanogen chloride protection time were investigated. The original and oxidized samples were characterized by Zeta titration. The results showed that the equipotential point of the activated carbon was decreased and the content of acidic groups was increased after modified by H2O2. So the activated carbon surface hydrophilic was improved. Treatment temperature had more impaction to the cyanogen chloride protection time of the impregnated carbon comparing with the H2O2 concentration and treatment time. When the concentration of 5% hydrogen peroxide, oxidation time of 3.5h, treatment temperature of B℃ were given, the protective time for cyanogen chloride of the impregnated activated carbon was up to 34.9min. Keywords: Activated carbon, H2O2, Surface modification, Protection
炭对氯化氰的防护时间先升后降，B℃条件下防毒时 间最长，高达 34.9min，远大于改性前制备的浸渍炭 对氯化氰的防护时间（26.0min）。氧化改性时，活性 炭加至 H2O2 溶液中瞬时有大量气泡产生并伴随放热， 稳定后再转入一定温度的水浴中保持一段时间，如果
温度太低则不利于氧化剂与活性炭表面的化学基团
浸渍炭催化剂的制备过程：称取定量的活性炭样 品将其倒入一定体积含有一定浓度活性组分的浸渍 液中，浸渍一段时间焙烧后即得到相应浸渍炭催化剂。
浸渍炭对氯化氰防护时间的测试条件：温度（20 ±2）℃，相对湿度（93±3）%，动力管直径 20mm， 炭层高度 20mm，气流比速 0.25L/min.cm2，CNCl 浓 度（9±0.9）mg/L。
carbon catalyst for cyanogen chloride protection time
序 氧化剂浓度 处理时间 氧化温度 防护时间
号 （%）
（h）
（℃） （min）
1
--
--
--
26.0
2
5
3.5
A
31.1
3
5
3.5
B
34.9
4
5
3.5
C
32.2
5
5
3.5
D
28.9
由表 3 可以看出，浸渍炭对氯化氰的防护性能受 氧化改性温度影响较大，随着氧化温度的升高，浸渍
以 H2O2 为氧化剂，固定处理时间和氧化温度不 变，考察 H2O2 浓度对 BN06 活性炭性能的影响，具 体改性条件及改性后活性炭制备的浸渍炭催化剂对
原料活性炭和改性活性炭采用 Zeta 电位滴定进 毒剂氯化氰的防护时间见表 1。
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反应，如果温度太高则会使二者反应太过剧烈，这样
活性炭表面一些有利于与金属活性组分反应的官能
团消失，从而达不到防护的要求，所以适宜的氧化改
性温度有利于提高浸渍炭的防毒性能，在本工艺中采 用 B℃。 2.4 活性炭最佳氧化改性工艺
通过对 BN06 活性炭氧化改性试验研究，确定 BN06 活性炭的最佳改性工艺条件：氧化剂 H2O2，氧 化剂浓度 5%，氧化温度 B℃，处理时间 3.5h。BN06 活性炭改性后制备的浸渍炭防毒时间 34.9min，远大 于未改性的浸渍炭防毒时间 26.0min。 2.5 活性炭改性前后 Zeta 电位分析
1
强氧化剂在适当的温度下对活性炭表面的官能团进
行氧化处理，从而提高表面含氧基团的含量，增强表
7
面的极性。本文针对提高浸渍炭对氯化氰的防护性能
8
开展了活性炭表面性质的改性研究，考察了双氧水浓 9
度、氧化时间及处理温度对活性炭表面官能团的影响，
并以改性活性炭为载体，浸渍活性组分后制备的浸渍 炭催化剂对氯化氰防护时间进行测定，确定了最佳表 面改性条件。