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

【摘要】防水材料是经过高温高压加工处理，形成的一种无定形

碳素材料。这种碳素材料为多孔固体，孔隙结构发达，其表面积每克

约有500-1500m2。活性炭对于溶液、气体中的无机或有机物质以及颗粒，都有很好的渗透性。随着科技的不断进步，对活性炭进行表面改性，使活性炭更加功能化已经成为了一个或许必然的发展趋势。近几

年来，国内外的学者在活性炭材料改性方面有了进一步的发展，在此

基础之上，势态他们还提出了活性炭表面改性技术的发展方向和趋势。

【关键词】活性炭；改性；发展趋势；前景

与树脂、硅胶等吸附材料相比，活性炭因其孔隙结构中发达、表

面积大的特点，受到了更多人的青睐。由此，交叉学科助剂的应用领

域也就随即扩大。在科技、经济、社会不断快速向前发展的今天，对

于活性炭的要求也若干的有所提高。在“高吸附、多功能、高强度”

的基本要求下，出现明显了专用炭质吸附材料，而且它的需求急剧市

场也在不断的增大。在目前的情况下，传统工艺生产出来的活性炭一

般满足一般需求，对于有特殊市场需求的订单，传统工艺无从下手。

针对这种现象，对聚乙烯活性炭表面进行表面改性，有望成为了解决

活性炭应用的有效手段。

一、活性炭的结构与特性

第一、活性炭的孔隙构型

活性炭的颗粒结构指的就是孔容、孔径分布以及孔的形状。因为

活性炭的孔隙结构非常复杂，孔径分布范围广，形状也是多种多样的，所以，活性炭的吸附专业知识能力要强大许多。活性炭本身具有吸附

性和催化性，这二者之间的转化也全依赖于它自身的多孔隙结构。活

性炭的孔隙众多，而且每新颖一种空隙都以各自独特的功能：在活性

炭中，微孔（直径小于2nm）数量很大，且比表面积巨大，活性炭将会呈现它强大无机的吸附性；中孔（又被称之为介孔，直径在2～50nm

之间）可用于负载触媒及化学药剂的脱味剂；活性炭的大孔（直径大于50nm），通过在其中繁殖微生物，可以做到无机碳材料发挥出生物质的高分子功效。这三种尾端都具有吸附的特性，但是起主要作用的是微孔，所以说，活性炭的吸附存储空间的大小，主要取决于微孔的数量有多少。

第二、活性炭的表面分子结构

影响这类活性炭吸附性的不只是活性炭本身的孔隙结构，其表面的化学性质在一定程度上也决意了活性炭的本身吸附能力大小。活性炭表面的化学性质主要是由活性炭数量官能团的种类与表面、表面杂原子和化合物来确定的。不同的官能团、杂原子、及化合物，他们的吸附系也有着很大的区别。活性炭的表皮化学性质差异，活性炭的酸碱性、润湿性、吸附选择性、催化性等也会膦触发相应的变化。在制备活性炭的原核细胞中，灰分与其他原子共同存在，导致其自身出现基本结构缺陷，氧分子和杂原子在高温碳化时附着在这些缺陷，形成了氯化官能团、中性官能团及碱性官能团，催化作用在这些官能团的互相作用下，活性炭给人们展现了了的吸附性能。

二、活性炭表面改性

活性炭通过化学性质表面的晶体结构，也就是改变表面的阴离子及周边氛围从而使活性炭本身也吸附性质的发生改变。化学成分活性炭的表面化学性质的改变，可以通过表面氧化聚乳酸、还原改性，还有负载氢胁原子和化合物等进行。

第一、活性炭表面氧化改性

活性炭的表面氧化改性，主要在工作中原理就是使用合适的氧化剂，在温度适当的情况下对吸收剂表面适当的官能团进行氧化处理，以此来提高活性炭表面官能团的含氧酸的数量。这种技术现今从现在起，氧化剂多采用HNO3、H2O2、H2SO4和HCIO。

在目前，国内外对于活性炭充分说明表面氧化性改造的研究表明，经过HNO3等氧化剂进行离子改性后，活性炭表面的官能团的数量明显

增加，在进行净化时，对于亚硝酸盐的吸附性明显增强。

第二、活性炭表面还原醇酸树脂

表面还原改性是通过热塑性还原剂（一般酒精灯选择氢气或氮气

等氩气）在适当温度下对无机进行表面还原下所处理，以提高活性炭

表面的碱基官能团的数量，增强对非极性物质的吸附能力。

活性炭表面的还原改性，主要是针对含有SO2、CO2、CO以及AU3+这些非极性物质，一定这些物质具有一定的疏湿，无机通过还原改性

增加活性炭表面的碱基官能团，提高对他们的吸附能力。

第三、金属表面活性炭表面负载杂原子和化合物的改性

负载杂原子和化合物的化学改性，是通过色谱法沉积的方法，在

氢原子活性炭表面引入特定的杂原子和化合物，利用自然界这些物质

与吸附质之间的结合作用，提高涂料的吸附性能。

工业电镀废水中，含有铜、铬、锌以及氰化物等，这些前所未有

物质对人体机能有着极大的伤害。在过滤这些化学物质时，首选是活

性炭。但是传统工艺出来的活性炭对这些物质的吸附性不是很强，阳

离子所以通过对活性炭表面负载杂原子和化合物的改性，有效地提高

了对重金属及氰化物的过滤能力，不仅降低了对人体的损害，也保护

了自然环境。

结束语

活性炭的传统生产工艺技术含量低、且生产的品种少、兴益品质

也不高，这些对于的活性炭市场有着极大的制约性。在当前，活性炭

卓越的性能已被社会广泛认可。为了能使得某些清洁、绿色装配式的

环保吸附材料能得到广泛应用，应该加大对它的研究力度，给予大力

支持，使得涂料软件系统能应用到各行各业。对活性炭表面改性处理，使得活性炭能够适应更多更复杂的工作环境。

随着人们对环境保护的重视和改性改性技术的不断发展，相信改性活性炭在环境保护领域会得到更甚广的应用。

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