[发明专利]一种增强活性炭表面碱性基团的微波加热改性方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种活性炭的改性方法，特别涉及一种微波辐照加热条件下增强活性炭表面碱性基团的活性炭改性方法。

背景技术

活性炭是一种具有丰富孔隙结构和巨大比表面积的碳质吸附材料，它具有吸附能力强、化学稳定性好、力学强度高且可再生等特点，被广泛应用于化学工业、医药卫生、食品加工和环境保护等领域，是国民经济和国防建设以及人们日常生活必不可少的产品。活性炭作为吸附材料处理废水费用低、效果好，深受人们的重视。但由于生产工艺落后，目前我国生产的煤基活性炭产品大部分存在比表面积小、孔径分布较宽和吸附选择性能差等不足，难以满足国内外用户对活性炭产品性能的要求，因此对活性炭高效制备和定向改性，使之成为趋于目标功能化的活性炭产品，成为活性炭产业发展的必然趋势，受到越来越多的关注。

改性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吸附选择性。目前国内外学者在活性炭孔结构和表面化学性质的改性方面研究及应用较多，如Shaarani等人[Ammonia-modified activated carbon for the adsorption of2，4-dichlorophenol，2011]研究了以油棕榈空果串为原料，NH₃·H₂O为改性剂制备改性活性炭去除水中的2，4-氯苯酚；中国专利[申请号2012101009447]发明了改性煤基活性炭的用量少、吸附时间短、吸附量大的一种改性煤基活性炭除去水中的苯酚的方法。因此调控和改性活性炭的孔隙结构和表面基团，这为活性炭在环保领域开辟新用途创造了条件，对提高其特定的吸附性能与催化性能具有十分重要的作用。

活性炭的表面化学性质很大程度上由表面官能团的类别和数量决定，含氧官能团和含氮官能团是活性炭表面常见的官能团，含氮官能团被引入到活性炭的表面有利于增加活性炭表面的碱性。这种碱性官能团的增加，有利于去除酸性的苯酚的衍生物，如：Stavropoulos等人[Effect of activated carbons modification on porosity，surface structure and phenol adsorption，2008]研究了改性活性炭吸附苯酚。另外，现有许多报导的研究结果表明活性炭通过在改性过程中引入碱性官能团来提高对有机污染物的吸附，如：李林等人[Surface modification ofcoconut shell based activated carbon for the improvement of hydrophobic VOC removal，2011]采用用NaOH、NH₃·H₂O等改性剂进行活性炭改性，结果表明移除活性炭表面的酸性官能团，有利于吸附疏水性的挥发性有机化合物。

目前，针对活性炭表面碱性增强的改性方法主要有还原改性、高温加热改性、微波处理改性、酸碱改性、等离子体改性等。Valerie等(Improvement of activated carbons as oxygen reduction catalysts in neutral solutions by ammonia gas treatment and their performance in microbial fuel cells，2013)采用高温(700℃)、NH₃改性的方法对活性炭粉末进行处理，以提高其在微生物燃料电池中的氧化还原特性。结果表明，改性后活性炭粉末在中性条件下的氧化还原能力增强；表面含氧官能团的量减少了29％～58％，含氮量增加了1.8％，表面碱性增强。张梦竹等(碱改性活性炭表面特征及其吸附甲烷的研究，2013)采用不同浓度的氢氧化钠对椰壳活性炭进行表面改性，结果表明：活性炭的表面特性与甲烷的吸附量之间有显著的相关性，增加比表面积和孔容，减少表面的含氧基团有利于甲烷的吸附。