改性活性炭吸附去除氟硅酸中砷的研究
第37卷 第1期2008年 2月
贵州工业大学学报(自然科学版)
JOURNAL OF GU IZHOU UN IV ERSIT Y OF TECHNOLO GY
(Natural Science Edition )
Vol.37No.1February.2008
文章编号:100920193(2008)0120032204
改性活性炭吸附去除氟硅酸中砷的研究
Ξ
胡 琳1,刘松林2,杨三可2,汤德元1
(1.贵州大学化工学院,贵州贵阳550003;2.贵州宏福实业开发总公司,贵州贵阳550501)
摘 要:在本实验中,采用正交实验方法组织实验,并进一步研究确定活性炭的活化所用的酸、碱浓度及活性炭的活化时间对砷的去除率的影响。实验研究结果表明,利用一定浓度的盐酸活化改性活性炭后对砷的去除率有一定的影响,氢氧化钠改性的活性炭对砷的去除率的影响不大。而活性炭在酸碱活化剂中的活化时间对砷的去除率有一定的影响,砷的去除率随着活
性炭的活化时间的增长而逐渐增加,然后趋于平衡。关键词:活性炭;砷;去除率;氟硅酸中图分类号:TQ170.4 文献标识码
:A
0 引 言
当前,我国在磷肥生产过程中,搞好氟资源的综合利用已经成为了一项重要的任务和目标。在湿法生产过程中的副产品氟硅酸是在磷化工生产过程中回收氟资源时得到的副产品,是制取含氟产品的重要原
料,但它含有的砷(Ⅲ
)和砷(Ⅴ)是主要影响氟硅酸品质的有毒杂质。因此,有效的除去湿法磷酸副产氟硅酸中的砷杂质具有重要的意义和经济价值。
砷是一种对人体健康极其有害的物质,它广泛存在于自然界中,多以亚砷酸离子(AsO 2-)和砷酸离子(AsO 43-)的形式存在。目前,世界卫生组织已将砷污染列为环境污染的首位。因而,对不同生产过程中含
砷物料的处理是十分重要的课题。
根据国内外的报道,除砷的方法大致可分为沉淀法、吸附法、离子交换法、萃取法、反渗透法、生物法等方法。其中,吸附法是一种简单易行的处理方法,是目前工业生产和处理生活饮用水最广泛的除砷方法。活性炭是一种常用的吸附剂,具有价格便宜、液固相分离彻底且不易造成二次污染等优点。因而,本文对用吸附法从湿法磷酸副产品氟硅酸中除砷开展基础性的研究,主要是研究吸附剂活性炭的各种活化及其相关除砷工艺条件。
1 活性炭吸附原理
1.1 吸附原理
活性炭是一种多孔含碳物质的颗粒或粉末,主要是用生物有机物质炭化后活化而成,具有高度发达的微孔结构,比表面积大,因此,活性炭具有强大的吸附能力。
活性炭的吸附可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附主要发生在活性炭去除液相或气相中杂质的过程中。活性炭的多孔结构提供了大量的表面积,使其极易吸收分子直径小于活性炭的孔径的杂质。这样就需要通过不同的活化条件来改变活性炭的孔径结构和表面活性,以达到吸收杂质的目的。化学吸附主要发生在活性炭的表面。活性炭除了含碳元素外,在其表面还含有氧和氢等元素。这些表面上含有的氧化物或络合物可以与吸附质分子发生化学反应,从而显示出活性炭在吸附过程中的选择吸附等特性。1.2 活性炭的活化
活性炭具有很大的吸附性能主要是由其特殊的表面结构特性和表面化学特性所决定,同时,活性炭的
Ξ收稿日期:2007-10-22
作者简介:胡 琳(1981-),女,山东烟台人,贵州大学化工学院硕士生,主要从事化工分离技术研究。
电化学性质对吸附性能也有很大的作用。活性炭的表面化学性质和表面结构特性决定其吸附性能。若采用酸、碱处理活化活性炭,不仅可以有效的改变活性炭的这些表面结构特性,而且还可以溶去活性炭中含有的SiO2等氧化物和一些难溶于水的金属氧化物,从而提高活性炭的吸附容量。
本文选用非氧化性酸HCl和较便宜的NaOH作为酸、碱活化剂对活性炭进行处理,溶去活性炭中的酸碱可溶物质,同时不破坏活性炭的骨架结构,从而提高活性炭对砷的去除率。
2 实 验
2.1 砷含量的测定
砷含量的测定采用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法。
2.2 实验原料
原料氟硅酸来自贵州宏福实业开发有限总公司瓮福磷肥厂,其含砷量为67.61μg/ml.
2.3 实验操作
称取30g活性炭于200ml一定浓度的盐酸溶液中浸渍,5h后真空泵抽滤,并用蒸馏水洗涤至滤液显中性,然后在105℃下干燥数小时,便成酸改性活性炭。称取30g活性炭于200ml一定浓度的氢氧化钠溶液中浸渍,5h后真空泵抽滤,并用蒸馏水洗涤至滤液显中性,然后在105℃下干燥数小时,便成碱改性活性炭。将30g活性炭用制备酸改性活性炭的方法处理后再用碱改性活性炭的方法处理,便得酸碱改性活性炭。具体步骤按以下实验要求进行。
准确称取按实验要求的改性活性炭20g加入到100ml氟硅酸原料中,5h后过滤,取滤液分析其中砷的含量,并计算出砷的去除率。
3 实验结果及数据处理
3.1 活性炭的酸、碱活化
对活性炭的酸碱活化筛选采用正交实验设计方法组织实验,选用L9(34)正交表安排实验,因子水平表见表1.
表1 因子水平表
因子123
A(酸浓度)0%5%10%
B(碱浓度)0%5%10%
试验结果汇总于表2内。(表中实验1、实验2为相同条件下的重复实验,下文相同)
表2 实验方案及结果
列号实验号A
1
B
2
34
去除率/%
实验1实验2
合 计
1111158.1746.03104.20 2122250.2354.21104.44 3133364.4952.57117.06 4212367.7651.87119.63 5223166.3557.24123.59 6231264.7260.05124.77 7313262.3954.21116.60 8321368.6957.00125.69 9332163.7856.31120.0933
第1期胡 琳,等:改性活性炭吸附去除氟硅酸中砷的研究
(续表)
Ⅰj325.70340.43354.66347.88
Ⅱj367.99353.72344.16345.81
Ⅲj362.38361.92357.25362.38
Rj42.2921.4913.0916.57
T=1056.07 SSj175.8539.2116.0227.17SSt=719.23
3.1.1 极差分析
极差分析结果列于表2的最后一行。通过表中的极差分析结果可以看出,各因子对砷去除率影响顺序为:A(酸浓度)>B(碱浓度)
即在本实验中,酸浓度对砷去除率的影响较大,而碱浓度对砷的影响不大。
就以因子水平而言,影响相对大小为:
因子A(酸浓度):5%≈10%>0%
因子B(碱浓度):10%>5%>0%
3.1.2 方差分析
方差分析结果见下表3.
表3 方差分析表
方差来源SS DF MS F显著性
A175.851175.85 5.233
B39.21139.21 1.17
误143.19221.6
误2460.981335.46
误△504.171533.61
注:F0.95(1,15)=4.54;F0.75(1,15)=1.43
由表3可知,因子A在α=0.05的水平上影响显著,因子水平可选A2或A3,即采用浓度5%-10%的酸处理活性炭均可。而因子B影响不大,但由于碱改性可除去活性炭中的SiO2、Al2O3、PbO2、P2O5等碱溶性氧化物,从而可提高活性炭的吸附能力,故也进行碱处理,从经济上考虑,选取因子水平B2较好,即可选浓度5%碱处理。
3.2 活性炭的活化条件筛选
活性炭的酸碱活性剂的浓度和活化时间因素采用单因素实验方法进行研究。
3.2.1 酸浓度的选取
分别选取盐酸浓度5%、7%、10%和15%活化活性炭,然后再以浓度均为5%氢氧化钠进行活化处理,酸碱的活化时间均取5h.实验结果见表4和图1.
表4 不同浓度的盐酸活化活性炭后的除砷率
实验号酸浓度/%
除砷率/%实验1实验2
0054.2150.23
1561.2266.82
2758.1768.23
31057.4866.35
41560.7567.28
由图1可以看出,浓度为5%-10%的盐酸对活性炭的除砷效果相差不大,除砷率无明显差别,又从经济方面考虑,故选择浓度为5%的盐酸处理活性炭。
3.2.2 活化时间的选取
43 贵 州 工 业 大 学 学 报 (自然科学版)2008年
图1 不同浓度的盐酸活化活性炭后对除砷率的变化曲线
表5 活性炭在不同活化时间下的除砷率实验号
活化时间(小时)
除砷率/%
实验1实验200005367.9962.396663.5666.35
7964.
9561.9181265.1859.819
24
65.66
59.58
分别用浓度5%的盐酸和浓度5%的氢氧化钠活化活性炭,酸、碱的活化时间均为3h ,6h ,9h ,12h ,24h ,研究活化后的活性炭对砷的去除率。试验结果见表5和图2.
图2 除砷率随活性炭的活化时间的变化曲线
由图2可以看出,当活化时间达到5h 以后,活性炭的活化基本达到平衡状态,所以选择活性炭在酸碱活化剂中的活化时间为5h.
4 结 论
在用活性炭交换吸附氟硅酸溶液中的砷酸根离子的过程中,为了能够提高活性炭对砷的吸附率,采用盐酸和氢氧化钠分别对活性炭进行活化处理。通过实验可以得出,利用盐酸和氢氧化钠对活性炭活化后,其对氟硅酸原料的除砷率明显高于直接用活性炭的除砷效率,实验后还能够得出,将活性炭分别在浓度为5%的盐酸和浓度为5%的氢氧化钠溶液中活化5h 后,再吸附氟硅酸中的砷,砷的去除效果较好。
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(下转第39页)
5
3第1期胡 琳,等:改性活性炭吸附去除氟硅酸中砷的研究
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R emoving Magnesium in Wet -Process Phosphoric Acid Solution
by Ion Exchange T echnique
L IAN Pei -chao ,M EN G Wen -jie ,TAN G De -yuan
(College of Chemical Engineering ,Guizhou University ,Guiyang 550003,China )
Abstract :Magnesium is one of the harmful impurities in wet -process phosphoric acid ,which not only affects the stabilization of phosphoric acid ,but also is harmful for the following manufacture of phospho 2ric acid.Through the single factor experiment ,what is primarily studied is the affection of the tempera 2ture ,quantity of resin ,reacting time and stirring speed etc for the removing ratio of magnesium when making use of 001×7resin to purify wet -process phosphoric acid.The results of this experiment show that the removing ratio of magnesium is raised along with the increasing of the quantity of resin ,howev 2er ,when the quantity of resin increased to some value ,the increscent trend of removing ratio of magne 2sium will be mild and the affection of other factors is tiny.The process of removing magnesium in this study is controlled by inner diffusion.
K ey w ords :ion exchange ;purification ;wet -process phosphoric acid ;magnesium
(上接35页)
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A Study for R emoval of Arsenic from Fluosilicic
Acid by Modif ied Activated C arbon
HU Lin 1,L IU Song -lin 2,YAN G San -ke 2,TAN G De -yuan 1
(1.College of Chemical Engineering ,Guizhou University ,Guiyang 550003,China ;2.Guizhou Hongfu Industry &Commerce Development Co.Ltd ,Fuquan 550501,China )
Abstract :The orthogonal test was used to arrange experiments to study the concentration of acid and base using the modified activated carbon ,and the activation time of activated carbon effected on the effi 2ciency of arsenic removal.The results of experimentation show that the concentration of hydrochloric acid using the modified activated carbon has great effect on the removal of arsenic while the concentra 2tion of sodium hydroxide has less effect.Arsenic removal was great affected by the change in the activa 2tion time of activated carbon.
K ey w ord :activated carbon ;arsenic ;removal rate ;fluosilicic acid
9
3第1期廉培超,等:离子交换技术净化湿法磷酸中的镁离子
一种改性活性炭的制备方法
一种改性活性炭的制备方法，黎福根，唐怀远Patents Publication number CN103043659 A Publication type Application Application number CN 201210548722 Publication date Apr 17, 2013 Filing date Dec 17, 2012 Priority date Dec 17, 2012 Publication number 201210548722.1, CN 103043659 A, CN 103043659A, CN 201210548722, CN-A-103043659, CN103043659 A, CN103043659A, CN201210548722, CN201210548722.1 Inventors 黎福根, 唐怀远 Applicant 湖南丰日电源电气股份有限公司 Export Citation BiBTeX, EndNote, RefMan Patent Citations (3), Classifications (1), Legal Events (3) External Links: SIPO, Espacenet 一种改性活性炭的制备方法 CN 103043659 A Abstract 本发明公开了一种改性活性炭的制备方法，所述改性活性炭是采用抑氢剂改性的活性炭；所述的抑氢剂为负载在活性炭表面的氧化铅；其制备过程是先使用活性炭吸附铅离子；再使用碱将铅离子沉积在活性炭表面；最后通过热处理使氢氧化铅分解成氧化铅，并负载在活性炭表面；活性炭、铅盐与碱通过球磨方法发生化学反应，然后在保护气环境下通过高温处理制备。本发明制备工艺简单，生产周期短，易于工业化生产，设备投资较少；绿色环保；应用广泛；能够增大活性炭的比电容。 Claims(2) 1. 一种改性活性炭的制备方法，其特征在于，所述改性活性炭是采用抑氢剂改性的活性炭；所述的抑氢剂为负载在活性炭表面的氧化铅；所述的改性活性炭的制备过程是：1.先使用活性炭吸附铅离子； 2.再使用碱将铅离子沉积在活性炭
活性炭的制作方法
活性炭的制作方法 郑州虹阳净水材料有限公司整理 活性炭电极材料的干法室温改性方法 活性炭电极材料的干法室温改性方法，利用滚压振动磨机作为改性设备;在惰性气体环境、干法和室温条件下按如下步骤进行：a)将滚压振动磨机置于手套箱中，封闭出料口，将待加工的活性炭样品由加料口加入磨机筒体内;b)用空气过滤网将磨机加料口封闭，再将整个手套箱封闭，利用真空泵将手套箱及振动磨机筒体抽成真空，然后充入惰性气体。抽气和充气应反复进行，直到整个手套箱中的气氛完全由惰性气体控制，并且与外部大气压平衡为止;c)根据原料的颗粒尺度和形貌，通过*机设定并控制所需的振动频率和研磨时间。本发明能优化活性炭的孔径分布，改善活性炭的结晶性和导电性，操作简便，能耗低，效率高，无附加污染和后续处理工艺。 活性炭电极材料的干法室温改性方法 活性炭电极材料的干法室温改性方法，利用滚压振动磨机作为改性设备;在惰性气体环境、干法和室温条件下按如下步骤进行：a)将滚压振动磨机置于手套箱中，封闭出料口，将待加工的活性炭样品由加料口加入磨机筒体内;b)用空气过滤网将磨机加料口封闭，再将整个手套箱封闭，利用真空泵将手套箱及振动磨机筒体抽成真空，然后充入惰性气体。抽气和充气应反复进行，直到整个手套箱中的气氛完全由惰性气体控制，并且与外部大气压平衡为止;c)根据原料的颗粒尺度和形貌，通过*机设定并控制所需的振动频率和研磨时间。本发明能优化活性炭的孔径分布，改善活性炭的结晶性和导电性，操作简便，能耗低，效率高，无附加污染和后续处理工艺。 高活性光催化的空气净化粉体材料及其制备方法与应用 本发明公开了一种在紫外、可见光和*辐射条件下都具有较好的光催化效果的空气净化粉体材料及其制备方法和应用，空气净化粉体材料为带有掺杂元素的纳米氧化钛包覆*米极性矿物电气石颗粒形成的纳米-*米复合粉体材料，所述掺杂元素为稀土元素或/和过渡元素，其中稀土元素为选自Ce、Pr、La、Sm、Eu、Nd元素的氧化物或硝酸盐中的一种或几种，所述过渡元素为选自Fe、Ag、Co、Cu、Zn元素中的一种或几种。本发明的空气净化材料在紫外、可见光和*波条件下都具有较好的光催化效果，光催化产生的· 含活性炭的球状颗粒复合材料及其制备工艺 本发明公开了一种含活性炭的球状颗粒复合材料及其制备工艺，该材料由含活性炭的内核与陶质薄膜层外壳组成。其制备工艺是：在活性炭、膨润土和凹凸*土中加入添加剂，制得内核;在膨润土和凹凸*土中加入添加剂，制得外壳材料，将外壳材料粘合于内核表面，高温烧结，得到球状颗粒复合材料。这种含活性炭的复合材料，表面为多孔状的陶质薄膜层外壳，该结构在确保活性炭吸附性能的同时，提高了材料的耐压性、耐磨性，可防止活性炭碎屑、粉末的掉落;同时，在使用一段时间后，用户可自行对材料进行脱附处理，恢复材料的吸附活性。该颗粒复合材料可应用于有*、有害气体的吸附去除。
活性炭改性研究进展
活性炭改性研究进展 韩严和 全 燮 薛大明 赵雅之 陈 硕 (大连理工大学环境科学与工程学院,大连116023) 摘 要 本文从表面结构特性、表面化学性质和电化学性质3个方面叙述了国内外在活性炭改性方面的研究进展。 表面结构特性改性主要是从增大比表面积和控制孔径分布两方面展开,从而增大吸附量;表面化学性质改性主要是通过氧化还原改变表面含氧酸性、碱性基团的相对含量以及负载金属改性,从而改变对极性、极性较弱或非极性物质的吸附能力;电化学性质改性主要是通过加微电场改变活性炭表面的带电性和由此而产生的化学性质的变化,从而改变吸附性能。最后,本文还从活性炭的吸附性质方面,客观地提出了今后发展方向。 关键词 表面结构性质 表面化学性质 电化学性质 活性炭 改性 Advance of research on modified activated carbon Han Yanhe Quan Xie Xue Daming Zhao Yazhi Chen Shuo (School of Environmental Science and Tech nology ,Dalian University of Technology ,Dal ian 116023) A bstract The paper depicts the advance of research on modified active carbon at home and abroad from surface structure properties ,chemical characterization and electrochemical characterization .The modification of surface structure properties is m ainly done by enlarging specific surface area and co ntrol porosity ,according -ly enlarging adsorption capacity .The modification of surface chemical characterization is done by redox to modify relative content of o xygen containing acid g roup and base g roup and loading of metal compound ,ac -co rdingly modify the adso rption capacity of dipoles ,w eak dipoles and non -dipoles molecules .The modifica -tion of electrochemical characterization is m ainly done by exposing activated carbon under w eak electric field to modify the charge of the surface and chemical character change ,accordingly modify the adso rption capacity .In the end ,advance of research is proposed in the future from adsorption capacity of activated carbon . Key words surface structure properties ;surface chemical character ;electrochemical character ;activ ated carbon ;modification 收稿日期:2002-10-13 作者简介:韩严和(1976～),男,安徽安庆人,硕士,主要研究方向为 环境工程(主要是水处理),现研究课题为活性炭电改性处理染料废水。 活性炭是一种优良的吸附剂,它能吸附各种有机物和无机物。活性炭具有多孔结构,吸附容量大、速度快,能有效地吸附气体、胶态物质及有机色素等,因此广泛用于食品工业、化学工业和环境保护等各个领域。它还有一个最大的特点就是饱和后可以再生。 活性炭具有很大的吸附性能主要是由其特殊的表面结构特性和表面化学特性所决定,同时,活性炭的电化学性质对吸附性能也有很大的作用。活性炭 的表面化学性质和表面结构特性决定其吸附性能。对活性炭进行氧化改性处理可使两者性质同时发生改变,缓和的氧化使表面含氧基团增多,结构的微孔变化不大,吸附性能变化也不很大。强氧化改性则使其微孔系结构遭破坏,过渡孔系增多,吸附性能明显降低。 1 表面物理结构特性的改性 结构特性决定了活性炭的物理性吸附。结构特性主要是指微孔体积、比表面积和微孔结构等,普通活性炭存在灰分高、孔容小、微孔分布过宽、比表面积小和吸附性能差等特点。因此,有必要对其结构进行改性。活性炭的比表面积、孔径分布等物理性质对其吸附能力有很大的影响。活性炭的孔径分布是影响吸附容量的主要因素,这是因为分子筛的作 用,当尺寸较大的吸附质分子不能进入孔直径比其小的孔内,孔径与吸附质分子的关系及吸附性能如下[1]: 第4卷第1期环境污染治理技术与设备 Vol .4,No .12003年1月Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control Jan .2003
活性炭改性方法及其在水处理中的应用
活性炭改性方法及其在水处理中的应用 活性炭是用生物有机物质（包括煤、石油和沥青等在内）经过炭化、活化等过程制成的一种无定形炭。它具有多孔结构、巨大的比表面积、吸附容量大、速度快和饱和可再生等特点，能够有效地去除水中的臭味、天然和合成溶解的有机物、微污染物以及一些大气中的污染气体等，但是普通活性炭比表面积小、孔径分布不均匀和吸附选择性能差，故普通活性炭需要进一步的改性，满足实验和工程需要。现在常采用工艺控制和后处理技术对活性炭的孔隙结构进行调整，对表面化学性质进行改性，进而提高其吸附性能。 标签：活性炭；改性方法；水处理 活性炭是一种吸附性很强的环境友好型吸附剂，有很好的吸附性能和催化性能。活性炭的原料来源广泛并且具有很高的安全性和稳定性，具有耐酸碱、耐热、易再生等特点。实践表明，活性炭对水中溶解的有机溶剂有很好的吸附性能，对水质浑浊有明显的澄清作用，并且能够去除水中的异味、臭味等，还能够过滤水中的微生物，因此在水处理行业中有着非常广泛的应用。本文就活性炭的改性方法和其在水处理方面的应用进行了简述，旨在为活性炭及其改性产物在水处理行业中的应用提供一定参考。 1、活性炭的改性方法 1.1表面氧化改性 表面氧化改性是通过氧化剂对活性炭进行处理，从而使活性炭表面的官能团发生氧化，提高含氧的官能团（羧基、酚羟基、酯基等）数量，增强活性炭的亲水性能，即极性，增强对极性物质的吸附能力的改性方法，常用的氧化剂主要是双氧水、硝酸、臭氧、高氯酸等。其中硝酸的氧化性最强，能够产生许多的酸性基团，其他氧化剂则相对温和，可以用于调整活性炭的表面酸性。氧化改性后的活性炭材料表面几何形状更加均匀，并且使用不同的氧化剂能够得到韩阳官能团数量和极性不同的活性炭材料，其中，酸性含氧官能团含量的多少与氧化程度有很大的关系。 1.2 活性炭表面化学性质的改性方法 活性炭表面化学性质的改变主要是通过一定的方法改变活性炭表面的官能团以及表面负载的离子和化合物，从而改变其表面的化学性质达到活性炭的吸附能力的提高。活性炭表面化学性质改性方法可分为：表面氧化法、表面还原法、负载原子和化合物法、酸碱法等。在改性过程中常常联合不同的改性方法对活性炭进行改性，从而达到更好的改性效果。 1.2.1 表面氧化法
活性炭的表面改性及其研究
活性炭的表面改性及其研究 摘要：活性炭表面的不饱和电子云和炭结构中存在的杂原子影响了其应用范围，为了满足应用要求，必须对其表面进行改性；介绍了活性炭表面改性的方法，包括对活性炭外观、形状的改变，采用碳沉积技术对孔结构的改变，针对不同应用条件对活性炭表面极性的改性等。 关键词：活性炭；表面改性；改形；极性基团 Abstract: unsaturated electron cloud on the surface of the activated carbon and structure of the carbon hetero-atom affected its application scope, in order to meet the application requirements, must be on the surface modification; The method of the surface modification of activated carbon are introduced, including the appearance, the shape of the activated carbon change, using carbon deposition technology to the change of pore structure, according to different application conditions on the surface polarity of the modified activated carbon, etc. Key words: activated carbon; The surface modification; Change shape; Polar groups 前言 1 【活性炭应用领域扩大对其性能提出了更新、更高的要求，在“高吸附、多功能、高强度”的总要求下，（减低活性炭的使用成本，扩大使用范围，提高利用效率的有效突进）【4,6】。出现了对专用炭质吸附材料需求量越来越多的趋势。目前用传统工艺生产出来的活性炭只能识活性炭表面结构的基础上，采用某种可行的途径对其进行表面改性，从而达到实际应用的目的。现在的活性炭种类少，技术含量低，缺少功能化高品质专用的活性炭，【3-5】】 一、前言 与树脂、硅胶、沸石等吸附剂相比，活性炭具有许多独特且不可替代的特性。 活性炭吸附剂的优点 1、活性炭的表面特性活性炭具有的表面化学性质、孔径分布和孔隙形状不同，是活性炭具有选择性吸附的主要原因。 2、化学性质稳定、容易再生活性炭的化学性质稳定、能耐酸、耐碱，所以能在较大的酸碱度范围内应用；活性炭不溶于水和其他溶剂，能在水溶液和许多溶剂中使用。 3、催化性质活性炭作为接触催化剂用于各种异构化、聚合、氧化和卤化反应中。它的催化活性是由于炭的表面和表面化合物以及灰分等的作用。 4、有较发达的孔隙结构活性炭具有发达的孔隙结构，除了活性分子筛以外，孔径分布范围较广，具有孔径大小不同的孔隙，能吸附分子大小不同的各种物质。
活性炭表面化学改性及应用研究进展
第8卷 第19期 2008年10月167121819(2008)1925463205 科 学 技 术 与 工 程 Science Technol ogy and Engineering Vol 18 No 119 Oct . 2008 Ζ 2008 Sci 1Tech 1Engng 1 化工技术 活性炭表面化学改性及应用研究进展 陈孝云 林秀兰 魏起华 林金春 欧水丽 (福建农林大学材料工程学院,福州350002) 摘 要 活性炭表面官能团的种类与数量决定了活性炭的表面化学性质,而化学性质决定了活性炭的化学吸附特性。通过改变活性炭表面官能团的种类与数量、消除某些基团或者负载增加活性中心,可以改善活性炭对特定吸附质的吸附能力。论述了活性炭表面化学性质的氧化、还原、酸碱、等离子体、金属负载和电化学等改性及其应用研究进展。关键词 活性炭 吸附 表面化学改性 表面化学性质中图法分类号 T Q42411; 文献标志码 A 2008年5月27日收到国家自然科学基金(30571461)、福建省科技 厅星火计划项目(3182)、福建省自然科学基金(2008J0225)、青年教师基金(08B20)资助 第一作者简介:陈孝云,男,硕士,讲师,研究方向:离子液体和炭材料。E 2mail:chenxy_dicp@1261com 。 活性炭因孔隙结构发达、比表面积大、表面官能团丰富、灰分含量低、化学性质(耐酸、耐碱、耐热)稳定、机械强度高、不溶于水和有机溶剂、可再生重复利用等优点,被广泛用于治理水体、空气、土壤等环境中有机、无机、细菌及尘埃等污染物 [1—3] 。 但由于活性炭品种少、技术含量低、缺少功能化高品质专用活性炭,制约我国活性炭行业迈向更高层次的应用 [3—5] 。将活性炭改性处理,研制出对污染物高效、深度净化的功能活性炭,是降低活性炭使用成本、扩大其使用范围、提高其利用效率的有效途径,是活性炭行业未来发展方向 [4,6] 。活性炭改性主要是通过一些物理、化学处理,改变其孔隙结构(如孔容、孔径大小与分布等);改变活性炭表面的酸、碱性;或者在活性炭表面引入或去除某些官能团使活性炭具有某种特殊的吸附性能和催化特性 [7—10] 。此外,采用不同的活化方法或不同的活化 剂也可以实现制备不同孔径分布及不同表面化学特性的活性炭 [11] 。目前,针对活性炭表面化学性质 改性的方法主要有氧化改性、还原改性、酸碱改性、等 离子体改性、金属负载改性和电化学改性等[8—15] 。 1 活性炭表面化学性质 活性炭的吸附特性不但取决于它的孔隙结构,而且取决于其表面化学性质,表面化学性质决定了活性炭的化学吸附 [9] 。化学性质主要由表面的化 学官能团的种类与数量、表面杂原子和化合物确定,不同的表面官能团、杂原子和化合物对不同的吸附质的吸附有明显差别 [16] 。因此对活性炭表面 化学结构进行化学改性,使其吸附具有更高的选择性具有重要的意义。活性炭表面官能团一般分为含氧官能团(图1)和含氮官能团(图2);含氧官能团主要有羧基、酚羟基、羰基、内酯基及环式过氧基等,含氮官能团可能存在形式有两类酰胺基、酞亚胺基、乳胺基,类吡咯基、类吡嘧啶基等 [11—13] 。 图1 活性炭表面含氧官能团
改性活性炭2
1 活性炭的表面官能团 活性炭的表面化学性质决定了其化学吸附特性。化学性质主要指活性炭表面的化学官能团,可分为含氧官能团和含氮官能团;含氧官能团又可分为酸性含氧官能团和碱性含氧官能团:酸性基团有羧基、酚羟基、醌型羰基、正内酯基及环式过氧基等,碱性氧化物普遍认为是苯并噁口英钅翁的衍生物或类吡喃酮结构基团。酸性氧化物使活性炭具有极性的性质,有利于吸附各种极性较强的化合物;碱性化合物易吸附极性较弱或非极性物质。 2 活性炭的表面改性 化学官能团作为活性中心支配了活性炭表面化学性质,而活性炭表面官能团的数量和种类主要是由生产活性炭的原材料所决定,从而对成品活性炭进行改性处理以改善其吸附性能就有一定的意义。活性炭表面化学性质的改性可以从氧化改性、还原改性、酸碱处理改性、负载金属改性、酸碱改性等方面进行。下面分别加以论述: 2. 1 氧化改性 一般活性炭属于非极性物质,由于它的疏水性,使它可以在水溶液中有效吸附各种非极性有机物,但吸附溶液中具有一定极性的亲水性的溶质就有困难。天然有机物中的非腐殖质物质包括碳水化合物质、蛋白质、肽类、氨基酸、脂肪和色素等许多低分子量有机物以及藻类有机物等。一般说来,这类有机物易被微生物分解。近年来的研究表明,消毒副产物相当一部分是来自水中的非腐殖质部分的天然有机物,按DOC 计算,与腐殖质部分的天然有机物形成的消毒副产物相比,二者比例相当。而这部分物质在常规处理工艺中的去除作用较弱,因此可以通过改变活性炭表面碱性和酸性基团的含量,从而对活性炭进行氧化处理以提高对此类物质的吸附能力。氧化改性主要是利用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,增强表面的极性。表面极性较强的活性炭易吸附极性 物质,从而可以达到吸附回收或废水处理的目的。当前对活性炭氧化改性研究主 要以硝酸氧化改性为主,此外针对过氧化氢和次氯酸的研究也较多。对活性炭进行氧化改性处理可使其化学性质和微孔结构同时发生改变,缓和的氧化改 性处理可使活性炭表面的含氧集团增多,结构的微孔变化不大,吸附性能变化也不大;强氧化改性则使其微孔结构遭破坏,过渡孔系增多,吸附性能明显降低。活性炭经氧化处理后,表面酸性基团大量增加, 表面亲水性增强, 零电点p H(p Hpzc) 值降低,而硝酸氧化同时可导致活性炭的结构塌陷,比表面积降低,过氧化氢对纤维活性炭(ACF) 有一定的活化作用。氧化改性可增强活性炭对CO2，SO2。、苯、金属离子等极性较强的物质的吸附,但减弱了对苯酚、腐殖酸等有机物质的吸附。王琳发现利用强氧化剂对活性炭进行改性,改变了活性炭表面官能团的性质,使原来具有催化还原能力的官能团,改性为具有氧化能力的官能团,从而抑制了活性炭中亚硝酸盐的形成,使出水中亚硝酸盐浓度从未改性活性炭的2 . 0mg/ L 降低为改性后的0. 01mg/ L 改性后活性炭的吸附性能有不同程在硝酸改性过程中,活性炭的孔隙结构在破坏的同时也不断生成,改度的升高和降低,应根据活性炭的应用领域选择不同的改性工艺。与市售活性炭比较,改性活性炭的碘吸附值总体下降,说明硝酸改性对活性炭的微孔结构产生破坏。随着温度的升高和处理时间的延长,改性活性炭 的吸附性能总体呈先升后降的趋势。在本实验条件下,硝酸改性活性炭的较
活性炭与碳纳米管材料改性及其对重金属的吸附
活性炭与碳纳米管材料改性及其对重金属的吸附Absorption of heavy mental ions on modified materials： active carbon and Carbon nanotubes ---- 摘要： 总结多种不同原材料制备和改性活性炭及碳纳米管的方法、吸附机理。通过吸附等温线、表面结构性质（比表面积、总表面酸性官能团、等电点等特征）分析这两类材料改性后对单一重金属的吸附性能。论述多种重金属共存时改性材料对金属离子的吸附影响。最后展望改性材料的存在问题及应用前景。 关键词： 材料改性活性炭碳纳米管吸附重金属 Abstract： Sum the methods of making and modifying active carbon and carbon nanotubes from differents of raw materials and adsorption mechanism of modified materials.The single heavy mental ions adsorption performance on these two materials isinvestigated by measuring different properties such asspecific surface area,PZC,total surface acidic groups as well as adsorption isotherm.The adsorption capacities of many heavy mental ions on modified material were studied.Modify of materials has some defects as well as widely used. Key words： modification of material active carbon Carbon nanotubes absorption heavy mental ions 引言： 目前冶炼、电解、医药、油漆、合金、电镀、纺织印染、造纸、陶瓷与无机颜料制造等行业每年排放大量含有多种重金属离子的工业废水[1]．污水中大
活性炭改性实验
水污染控制工程实验 实验报告 题目：活性炭吸附实验 活性炭间歇吸附实验 一、实验目的 1.通过实验进一步了解活性炭的吸附工艺及性能，并熟悉整个实验过程的操作。 2.掌握用“间歇法” 、“连续流”法确定活性炭处理污水的设计参数的方法。 二、实验原理 活性炭吸附就是利用活性炭的固体表面对水中一种或多种物质的吸附作用，已达到净化水质的目的。活性炭的吸附作用产生于两个方面，一是由于活性炭内部分子在各个方向都受到同等大小的力而在表面的分子则受到不平衡的力，这就使其他分子吸附于其表面上，此为物理吸附；另一个是由于活性炭与被吸附物质之间的化学作用，此为化学吸附。活性炭的吸附是上述两种吸附综合的结果。当活性炭在溶液中的吸附速度和解吸速度相等时，即单位时间内的活性炭的数量等于解吸的数量时，此时被吸附物质在溶液中的浓度和在活性炭表面的浓度均不在变化，而达到平衡，此时的动平衡称为活性炭吸附平衡，二此时被吸附物质在溶液中的浓度称为平衡浓度。活性炭的吸附能力以吸附量q表示。 式中 q —活性炭吸附量，即单位重量的吸附剂所吸附的物质量，g/g； V —污水体积，L； C0、C —分别为吸附前原水及吸附平衡时污水中的物质浓度，g/L； X —被吸附物质重量，g；
M — 活性炭投加量，g ； 在温度一定的条件下，活性炭的吸附量随被吸附物质平衡浓度的提高而提高，两者之间的变化称为吸附等温线，通常费用兰德里希经验公式加以表达。 n e e KC q 1= 式中 q — 活性炭吸附量，g/g ； C — 被吸附物质平衡浓度g/L ； K 、h — 溶液的浓度，pH 值以及吸附剂和被吸附物质的性质有关的常数。K 、h 值 求法如下：通过间歇式活性炭吸附实验测得q 、C 一一相应之值，将式取对数后变换 为下式： e e e C n K m C C q lg 1lg lg lg 0+=-= 将q 、C 相应值点绘在双对数坐标纸上，所得直线的斜率为1/n 截距则为k 。 由于间歇式静态吸附法处理能力低、设备多，故在工程中多采用连续流活性炭吸附法，即活性炭动态吸附法。 采用连续流方式的活性炭层吸附性能可用勃哈特和亚当斯所提出的关系式来表达。 公式： t KC v H KN B C C 0)1exp(ln 10ln 0-??????-=???? ??- ??? ? ??--=10ln 1000B C C K C H v C N t 式中 t — 工作时间，h ； V — 流速，m/h ； D — 活性炭层厚度，m ； K — 速度常数，L/mg·h； N0 — 吸附容量、即达到饱和时被吸附物质的吸附量，mg/L ； C0 — 进水中被吸附物质浓度，mg/L 。 CB —— 允许出水溶质浓度，mg/L 。
气体净化改性活性炭
南阳振远环保材料有限公司 气体净化改性活性炭简介 恶臭气体的定义及主要来源 国家标准GB14554-93将恶臭定义为：一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损坏生活环境的气体物质。 化工厂、制药厂、市政污水、污泥处理及垃圾处置设施等是恶臭气体、有毒有害气体的主要来源。来源主要产生在生产过程、污水处理过程中的排污泵站、进水格栅、嚗气沉砂池、初沉池等处，污泥处理过程中的污泥浓缩、脱水干化、转运等处，氰化氢、硫化氢气体是污水处理系统主要的异味源，金属与硫的化合物使水呈黑褐色，表明水中硫化氢气体的存在。 普通活性炭对诸如氰化氢、硫化氢、甲醛、氨气、醚类等特殊气体不具有吸附作用，通过改性的活性炭对这些物质具有良好的分解、综合作用（见对比表）。 主要成分及危害 不同的处理设施及过程会产生各种不同的有害和恶臭气体。化工厂、药厂的作业环境、污水处理厂的进水提升泵房产生的主要臭气为硫化氢、氰化氢，初沉淀池污泥厌氧消化过程中产生的臭气以硫化氢及其它含硫气体为主，污泥消化稳定过程中会产生氨气和其它易挥发物质。垃圾堆肥过程中会产生氨气、胺、硫化物、脂肪酸、芳香族和二甲基硫等臭气。
改性活性炭的作用机理 本方法主要根据活性炭的吸附浓缩（效率高、吸附容量大）和热蒸汽脱附再生原理，依靠活性炭自身的吸附性能以及改性后的催化分解作用（化学稳定性）对某些有机类有害气体具有很强的去除能力，废气通过活性炭层时被炭表面存在的未平衡分子吸引力或化学键力吸附在活性炭上，同时进行化学催化和分解作用，从而达到对有害气体的净化目的。改性活性炭的生产工艺成熟，效果可靠，因此被广泛地应用于环保、化工、喷漆、印刷、轻工等行业的有机废气治理。 改性活性炭的规格和性能指标 浸渍类活性炭 ZY-RS 改性活性炭的基本特性 基本用途 本产品通常被应用于去除气相和液相中的特殊污染物，如氰化氢、H2S 气、甲烷气、乙醚、甲醛、二甲苯、苯酚、氨气、胺、含硫化合物、脂肪酸、芳香族和二甲基硫等有毒有害气体。
改性活性炭
利用活性炭或者其它吸附剂可以用来去除煤气中的汞。用活性吸附煤气中的汞可以通过以下两种方式:一种是在颗粒脱除装置前喷入粉末状活性炭[19]，吸附了汞的活性炭颗粒经过除尘器时被除去;另一种是将煤气通过活性炭吸附床[20]，此时一般用颗粒状活性炭。垃圾焚烧炉为控制重金属汞的排放很早就采用了活性炭吸附和布袋除尘技术，选择合适的碳汞(C/g)比例，可以获得90%以上的除汞率。对于燃煤电站锅炉的煤气除汞，适当增加碳汞(C/g)比例除汞效率可以达到60%以上。另外，运用化学方法将活性炭表面渗入硫、氯或者碘[21]，以增强活性炭的活性，且由于硫或者碘与汞之间的反应能防止活性炭表面的汞再次蒸发逸出，可提高吸附效率。不过直接采用活性炭吸附的方法成本较高。据美国EAP和DOE 估算结果表明:燃煤电站如选择活性炭喷入方式，每脱除一镑汞需耗资$l4200～70000;性炭吸附床，每脱除一镑汞耗资$l7400～38600。 鉴于活性炭比较昂贵，很多研究人员开始开发新型、价格低廉的吸附剂。为此，国外学者研究利用钙基吸附剂(CaO、Ca(OH)2、CaCO3、CaSO4·2H2O)来脱除汞。在模拟燃煤烟气进行的实验中发现:Ca(0H)2对Hg2Cl2的吸附效率可达85%，但对零汞(Hg0)，只有在SO2存在的情况下，18%的Hg0可以被除去。碱性吸附剂如CaO同样也可以很好地吸附HgCl2，SO2存在时对Hg0的脱除率为35%。Ghorishi在研究HCl对钙基吸附剂的影响时发现:由于氯原子和Hg0相互作用，带有结晶水的CaSO 4(CaSO4·2H2O、CaSO4·H2O)对Hg0的吸附作用大大增强了。目前，钙基吸附剂尚处于实验室研究阶段。美国PSI(Physcial Science Inc.)曾尝试用沸石材料作为工业锅炉控制汞排放的吸附剂，Lee等[22]也用沸石对汞的吸附进行了研究。在煤气中加入己知含量的零汞(Hg0)进行实验，结果表明:沸石在高温和低温下都可以吸附Hg0和Hg2+。沸石材料这种新型吸附剂仍在研究之中。 也有众多研究者[23]用TiO2吸附剂来捕捉汞。在实验室模拟试验中，将TiO2喷入到高温燃烧器中，产生大量TiO2凝取团，凝取团的大表面积可氧化并吸附汞蒸气，然后通过除尘装置被除去。但由于其松散的结构和反应效率低，对汞的捕捉效果不明显。再加以低强度的紫外光照射，Hg0在TiO2表面氧化为Hg2+并与TiO2结合为一体，显示出很好的除汞能力。 其他吸附剂如贵金属[24]、金属氧化物或硫化物[25]也被人用于对汞的吸附。贵金属和汞能形成化合物，称为汞齐。在烟气温度下能贵金属重复吸附大量的汞及其化合物，而在热处理温度远高于煤气温度下又能脱除汞。金属化合物吸附汞并生成双金属化合物。 活性炭改性，就是改变活性炭的化学官能团的组成或性质。改性分为添载化学改性和工艺化学改性。 活性炭的吸附原理除了有物理吸附还有是化学吸附。活性炭表面有好多官能团，不同的官
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
微波对活性炭的改性及再生研究
洳专：ｊ～嗜硕士学位论文 ⑧ 论文题目堂丝盟插壁越曲区丝丝妥生盟珏作者姓名————韭鞋——————一 指导教柳———生盛挂—Ｊ生ｊ生——一 学科（专业）——Ｊ弛赵显———一 所在学院————珏蓝生蓝监皇盛——一 提交Ｅ『期—————土鲤亟Ｌ————一
第二章．国内外研究现状及本文研究内容 活性炭材料作为一种极其重要的吸附剂，在环境保护领域被广泛用于污水处理、大气污染防治等方面． ２．１活性炭的表面特性 活性炭作为一种吸附催化材料，己在化工、石油、轻工、食品、环境保护、国防等诸多领域得到广泛应用∞Ｊ，它的性能是由其孔隙结构和表面化学性质两方面决定的。大部分关于活性炭气相吸附的研究表明，活性炭的孔形态（表面积和孔径分布）是影响的主要因素，其表面化学特性不显著，而对活性炭的液相吸附或活性炭作为催化剂载体，炭表面的化学特性对吸附性能产生显著影响【５～。２．１．１活－性炭的孑Ｌ隙结构 活性炭的孔隙结构是指孔隙容积、孔径分布、表面积和孔的形状。活性炭的孔径分布范围很宽，孔的形状也多种多样（图２．１）。通常把半径小于２ｎｍ的孔叫微孔，２＜ｒ＜１００．２００ｎｍ之间的孔叫中孔（过滤孔），ｒ＞２００ｎｍ的孔叫大ｉＬ［８】０ 图２．１活性炭的孔隙结构 不同孔径的孔在吸附催化过程中发挥的作用有所不同。大孔的内表面积可以发生多层吸附，但它在比表面积中所占比例很小。大孔容积一般Ｏ．２一Ｏ．８ｃｍ３／ｇ， 比表面积Ｏ．５．２．Ｏｍ２／ｇ，大孔在活性炭中常常成为吸附质分子的通道。中孔既是吸附质分子的通道，支配着吸附过渡，又在一定相对压力下发生毛细管凝结，它对大分子的吸附有着重要的作用，孔容一般为Ｏ．０２．Ｏ．１０ｃ一／ｇ，比表面积２０．７０ｍ２幢。微孔是吸附作用最大的，它对活性炭吸附量起着支配作用，微孔容积一般Ｏ．２．Ｏ．６
改性活性炭对硫化氢的去除方法简介
唐山华能科技炭业有限公司 气体净化改性活性炭简介 恶臭气体的定义及主要来源 国家标准GB14554-93将恶臭定义为：一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损坏生活环境的气体物质。 化工厂、制药厂、市政污水、污泥处理及垃圾处置设施等是恶臭气体、有毒有害气体的主要来源。来源主要产生在生产过程、污水处理过程中的排污泵站、进水格栅、嚗气沉砂池、初沉池等处，污泥处理过程中的污泥浓缩、脱水干化、转运等处，氰化氢、硫化氢气体是污水处理系统主要的异味源，金属与硫的化合物使水呈黑褐色，表明水中硫化氢气体的存在。 普通活性炭对诸如氰化氢、硫化氢、甲醛、氨气、醚类等特殊气体不具有吸附作用，通过改性的活性炭对这些物质具有良好的分解、综合作用（见对比表）。 主要成分及危害 不同的处理设施及过程会产生各种不同的有害和恶臭气体。化工厂、药厂的作业环境、污水处理厂的进水提升泵房产生的主要臭气为硫化氢、氰化氢，初沉淀池污泥厌氧消化过程中产生的臭气以硫化氢及其它含硫气体为主，污泥消化稳定过程中会产生氨气和其它易挥发物质。垃圾堆肥过程中会产生氨气、胺、硫化物、脂肪酸、芳香族和二甲基硫等臭气。 改性活性炭的作用机理
本方法主要根据活性炭的吸附浓缩（效率高、吸附容量大）和热蒸汽脱附再生原理，依靠活性炭自身的吸附性能以及改性后的催化分解作用（化学稳定性）对某些有机类有害气体具有很强的去除能力，废气通过活性炭层时被炭表面存在的未平衡分子吸引力或化学键力吸附在活性炭上，同时进行化学催化和分解作用，从而达到对有害气体的净化目的。改性活性炭的生产工艺成熟，效果可靠，因此被广泛地应用于环保、化工、喷漆、印刷、轻工等行业的有机废气治理。 改性活性炭的规格和性能指标 浸渍类活性炭 HN-M49 改性活性炭的基本特性 基本用途 本产品通常被应用于去除气相和液相中的特殊污染物，如氰化氢、H2S 气、甲烷气、乙醚、甲醛、二甲苯、苯酚、氨气、胺、含硫化合物、脂肪酸、芳香族和二甲基硫等有毒有害气体。