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1 果殼活性炭的表面物理結構特性及改性
1.1 果殼活性炭的表面物理結構
果殼活性炭的表面物理結構主要是指孔徑分布、比表面積和微孔容積等。
果殼活性炭的孔徑分布是影響吸附容量的主要因素。這是因為由于分子篩的作用,尺寸較大的吸附質分子不能進入孔直徑比其小的孔內,按照分子尺寸和細孔直徑之間的關系所劃分的吸附狀態如圖1所示[6]。吸附狀態主要有:
(1)當吸附質分子大于孔直徑時,因分子篩的作用,分子無法進入孔內,起不到吸附的作用。
(2)當吸附質分子約等于孔直徑時,果殼活性炭的捕捉能力非常強,但僅適用于極低濃度下的吸附。
(3)當吸附質分子小于孔直徑時,在孔內會發生毛細凝聚作用,使得果殼活性炭的吸附量大。
(4)當吸附質分子遠小于孔直徑時,吸附質分子雖然易發生吸附,但也較容易發生脫附,脫附速度很快,而且低濃度下的吸附量小。
根據資料報道,對吸附劑利用率最高的孔徑和吸附質分子直徑的比值為1.7~3.0為宜,對需要重復再生的吸附劑這一比值為3~6或更高為宜[7]。
1.2 果殼活性炭的表面物理結構改性
一般來說,果殼活性炭表面物理結構特性的改性方法有3種:物理法、化學法和物理化學聯合法,而后兩種方法較常用[8]。
物理法:物理改性法通常包括兩個步驟:首先是對原料進行炭化處理以除去其中的可揮發成分,然后用合適的氧化性氣體(如水蒸氣、二氧化碳、氧氣或空氣)對炭化物進行活化處理。通過開孔、擴孔和創造新孔形成發達的孔隙結構。
閆聯生等[9]采用預氧絲炭化、活化制備果殼活性炭纖維,研究了制備工藝對活化效率的影響,并對果殼活性炭纖維的表面化學結構和物理吸附性能進行了表征。結果表明,活化后纖維表面微孔增加,平均孔徑變小,纖維中炭含量減少、氧含量增加。CO2-N2活化處理更容易得到微孔豐富的果殼活性炭纖維。
化學法:化學改性法主要是將含碳物料與不同的化學藥品均勻混合或浸漬,在一定溫度下經過炭化和活化,并回收化學藥品后得到具有更加豐富的微孔果殼活性炭。常用的活化劑有堿金屬、堿土金屬的氫氧化物、無機鹽類以及一些酸類。目前應用較多、較成熟的化學活化劑有KOH、NaOH、ZnCl2、CaCl2和H3PO4等。
詹亮等[10]采用氫氧化鉀對普通的煤焦果殼活性炭進行改性,制得比表面積高達3 886 m2/g的超級果殼活性炭,從而大大提高了果殼活性炭的吸附能力。邢偉等[11]按一定的比例在普通果殼活性炭中加入堿性復合活化劑和活化助劑,在氮氣氣氛中程序升溫活化,然后在氮氣氣氛中冷卻,改性得到了比表面異常發達、微孔分布集中的超級果殼活性炭。
物理化學聯合法:物理化學聯合改性法是將物理活化及化學活化兩種方法結合起來所采用的改性方法。此法使果殼活性炭的制備變得更加靈活。Caturla等[12]以核桃殼為原料,采用ZnCl2化學活化,然后用CO2于850 ℃進行物理活化,進一步開孔和拓孔,用此法可制得比表面積高達3 000 m2/g的改性果殼活性炭。Molina Sabio等[13]先用質量分數為68%~85%的H3PO4在85 ℃下浸泡木質纖維素2 h,然后將浸泡樣在450 ℃下炭化4 h,再將H3PO4活化樣用蒸餾水清洗,用CO2在825 ℃處理,結果獲得了比表面積達3 000 m2/g、總孔容達2 mL/g的超級果殼活性炭。 鞏義市東方凈水材料有限公司,是繼鞏義市東方給排水材料廠的基礎上改制的新型股份制企業。二十多年來公司本著“追求品質;盡善盡美”的企業經營理念,不斷開發聚合氯化鋁等凈水藥劑,擴大企業規模,生產設備一流,技術力量雄厚。產品已有聚合氯化鋁擴展到環保填料等六大系列,三十多個品種。質量優于國內同行業之首,它適用于各種過濾器、離子交換器、無閥濾池、虹吸濾池、移動式供水設備及微濾、超濾、反滲透、游泳池、海水淡化等水處理設備,是自來水公司、污水處理廠、造紙、制藥、釀造、電力、冶金、ú氣、紡織、印染、石油、化工行業的理想產品,用戶遍布全國20多個省、市及出口東南亞國際市場。
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