活性炭國家專精特新“小巨人”企業活性炭產學研合作

　　在這篇內容中介紹了活性炭引入含有O，S和N的基團，從而活性炭的表面被化學改性。活性炭表面在受控條件下用濃HNO 3選擇性氧化。表征通過熱重分析，紅外光譜和NaOH滴定建議的主要-COOH和少量的-OH基團的形成，具有大約4.10的濃度21個/克炭。表面改性在有機和無機載體在工業和環境過程中的應用，如選擇性純化工藝，氣體分離，溶劑回收，飲用水凈化，味道吸附，氣味等微量污染物，離子金屬吸附交換性能，催化劑制備，附著現象，電極改性和聚合物技術。

　　活性炭是最重要的工業吸附劑/載體之一，可以通過炭化和活化大量原料如椰殼，木材，泥炭和煤來制備。這些活性炭顯示出高度開發的多孔結構和大的內部比表面積，其通常大于600m 2 / g，但通常超過該值，達到2000m 2 / g 。由于這種高表面積和多孔結構， 它可以吸附分散或溶解在液體中的氣體和化合物。待吸附的污染物的類型和這些碳的吸附/吸附效率強烈地取決于它們的表面化學特征。因此，為了生產用于特定應用的材料，活性炭的表面化學改性是非常有意義的。該改性主要通過氧化法進行，產生具有大量含氧基團的更親水結構。各種試劑已被用作氧化劑：濃硝酸或硫酸，次氯酸鈉，高錳酸鹽，重鉻酸鹽，過氧化氫，過渡金屬和基于臭氧的氣體混合物。發現表面結構的類型及其形成程度取決于氧化劑，氧化液的濃度和pH 。雖然在碳表面上產生氧基是相對眾所周知的，在這項工作中，為了引入含氧，含氮和硫的基團，活性炭表面被化學改性。

　　簡單介紹兩個活性炭的反應

　　HNO 3 處理(C / HNO 3)將活性炭(20g，930m 2 / g)用100ml濃HNO 3在回流下處理2,4,8,16 或38小時。回流后，將所得物質過濾并用熱蒸餾水充分洗滌直到清潔水的pH值為約7.將碳在60℃下真空干燥24小時。

　　活性炭與亞硫酰氯(C / HNO 3 / SOCl 2)的反應將HNO 3 處理的活性炭(0.80g)在80℃下真空干燥以除去可能干擾反應的水和其它物質。反應用5ml苯和5ml SOCl 2回流進行24小時。將混合物在旋轉蒸發器中干燥并用苯大量洗滌以除去殘余的SOCl 2。

　　活性炭的表面官能化

　　具有S和N的基團的活性炭表面的官能化已經通過不同的方法進行，例如： 在高溫下用硫17和CS 2 18處理，表面COOH基團與H 2NR化合物的直接反應和吡唑啉酮的直接表面沉積衍生工具。然而，這些提出的方法在一般的復雜程序中表現出低效率。在此，描述了一種用于在活性炭表面引入含有S和N的分子的雜原子的簡單且通用的方法。使用以下反應方案從-COOH基團開始在碳表面上引入S和N基團。在這項工作中使用的S和N分子在表1中描述。

　　對于-COOH，-COCl中間體和通過與EDT和EDA的反應獲得的材料獲得的IR光譜示于圖1。在與SOCl 2反應后，紅外光譜(圖1b)顯示了約1700,1350,1210和790cm -1處的新的和明確定義的帶，其與-COCl基團的形成明顯相關。C 6 H 5 COCl 的IR光譜顯示完全相同的譜帶。另一方面，也可以注意到原始帶的存在，這可能表明活性炭表面上并不全部的-COOH基與SOCl 2 21反應。

　　與EDT反應后的活性炭的IR光譜(圖1c)表明-COCl與HSR化合物反應形成-COSR。觀察到-COCl的典型帶消失，并且觀察到與EDT分子相關的在1400,1200,750和700cm -1處的明確吸收。通過與EDA反應獲得的材料的IR光譜(圖1d)也表明HNHR與表面基團-COCl的反應，存在以下條帶：〜1720cm -1(-C = O)， 1675和1600cm -1(-NH)，1520cm -1(-RCONHR)，950-1000cm -1 (DTE特征帶)和1200cm -1(-CN)和3000-3500cm -1 (NH)。已經觀察到與DMTH和TEA的功能化相似的結果，存在典型的-COSR和-CONHR基團的帶以及由R基團呈現的特征吸收。

　　活性炭的金屬吸附

　　由于存在表面-SH和-NH基團22，這些硫和氮官能化碳對Hg 2 +，Zn 2 +，Cd 2+和Pb 2+離子等重金屬的吸附具有很大的潛力。在這項工作中獲得的材料也測試了Pb +2，Cu +2和Ni +2在水溶液中的吸附。未處理的活性炭，EDT(C / S)和EDA(N / C)官能化活性炭的吸附比較見圖2。

　　可以看出，活性炭的官能化強烈增加了其對所研究的不同金屬的吸附。結果表明，EDT功能材料可以更有效吸附Ni +2，而EDA活性炭與Pb +2陽離子的相互作用更強。

　　活性炭可以通過表面化學改性來定制，以生產具有獨特性質和具體應用的材料。這些改性可以通過鍵表面中間體-COOH進行。含活性炭-COOH基團表現出優異的陽離子交換性能，可用作水中金屬污染物的吸附劑。這些-COOH 基團可以被轉化為-COCl 這對于其它分子接枝到活性炭表面非常反應性和通用基團。從該酰氯中間體可以容易地將幾個S和N分子(例如HSR和HNR 2)結合到碳表面。這些S和N官能化碳顯示出作為金屬吸附劑的巨大潛力，

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