◆椰殼活性炭表面化學(xué)性質(zhì)，◆◆◆椰殼活性炭空隙結(jié)構(gòu)億洋制造億洋公司電話：15617529663 0371-69599709 張莉鞏義市億洋凈水材料廠電話：0371-69599709
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活性炭空隙結(jié)構(gòu)的表征
由于活性炭空隙結(jié)構(gòu)的微觀形以及復(fù)雜性，對(duì)活性炭的空隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確的表征非常困難。為了測(cè)定活性炭等多孔性物質(zhì)的比表面積及孔徑分布，人們?cè)芯慷喾N方法，但每一種方法都有其局限性，很難對(duì)所有孔徑進(jìn)行準(zhǔn)確表征。這里介紹壓汞法、分子吸附法
和密度函數(shù)理論等目前公認(rèn)適合活性炭孔隙結(jié)構(gòu)表征的方法。壓汞法主要用來測(cè)定大孔和中孔范圍的孔徑結(jié)構(gòu)。該方法利用
液態(tài)汞在200MPa髙壓下壓入孔體系，所填充的容積是壓力的函
數(shù)[8]，蒸氣凝聚的壓力與孔隙的半徑密切相關(guān)。
分子吸附法用來測(cè)定微孔，如利用在77K下的羝氣吸附[9]。測(cè)定吸附等溫線的方法有重量法和容量法，這些方法都利用了吸附凝聚的密度與其液相密度相一致的胺設(shè)[1(M1]。
從氮?dú)獾奈降葴鼐€求比表面積和孔徑分布。在中孔范圍的解析方面，以開爾文（Kdvin)方程為基礎(chǔ)的BJH法和DH法是有效的。但在微孔范圍中，孔徑大致為氮?dú)夥肿拥膸妆?，處于不能?jiǎn)單地使用開爾文方程式范圍。在微孔范圍的孔隙填充可以用基于Polanyi勢(shì)能理論的Dubinin方程來表達(dá)。從Dubinin方程解析可以獲得吸附模式、細(xì)孔體積以及吸跗熱等有關(guān)信息。依據(jù)特征吸附能E?？梢酝茰y(cè)細(xì)孔直徑，還可以進(jìn)一步算出微孔范圍的孔徑?；钚蕴康目紫督Y(jié)構(gòu)可由其孔徑分布表征，所存在的每一種孔隙按照其所占總表面積或孔容的比例貢獻(xiàn)于其總吸附等溫線，亦即吸附等溫線是活性炭?jī)?nèi)部存在孔隙吸附的總效應(yīng)或累加。
活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)
（1）活性炭的表面官能團(tuán)在制備活性炭的活化反應(yīng)中，微孔進(jìn)一步擴(kuò)大形成了許多大小不同的孔隙，孔隙表面一部分被燒掉， 化學(xué)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷或不完整，此外由于灰分及其他雜原子的存在， 使活性炭的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷和不飽和價(jià)，使氧和其他雜原子吸附于這些缺陷上與層面和邊緣上的碳反應(yīng)形成各種鍵，以至形成各種表面功能基團(tuán)，因而使活性炭產(chǎn)生了各種各樣的吸附特性。對(duì)活性炭吸附性質(zhì)產(chǎn)生重要影響的化學(xué)基團(tuán)主要是含氧官能團(tuán)和含氮官能團(tuán)。
低的活性炭表面表現(xiàn)出堿性特征以及陰離子交換特征。除了含甎棊團(tuán)外，含氮官能團(tuán)也對(duì)活性炭的性能產(chǎn)生顯著影響?；钚蕴勘砻娴?BR>含無官能團(tuán)主要取決于活性炭的制備方式?；钚蕴勘砻娴牡涌?BR>以通過活性炭與含氮試劑反應(yīng)和用含氮原料制備?種方式引人?；?BR>性炭表面可能存在的幾種含氮官能團(tuán)如圖所示1。 '
(2)活性炭表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的分析表征活性炭上的主要雜原子為氧原子，最常見的官能團(tuán)為羧基、內(nèi)酯基、羥基和酚羥基。這些基團(tuán)使活性炭在水中呈兩性。利用這種酸堿特性可以測(cè)定出表面的含氧基團(tuán).
①Boehm滴定法[15，16，19]它根據(jù)不同強(qiáng)度的堿與酸性表面氧化基團(tuán)反應(yīng)的可能性對(duì)含氧官能團(tuán)進(jìn)行定性與定量分析。一般認(rèn)為NaHCa(pK=6.37)僅中和炭表面的羧基，Na2C03 (pK= 10. 25) 可中和炭表面的羧基和內(nèi)酯基，而NaOH(pi( = 15. 74)可中和炭表面的羧基、內(nèi)酯基和酚羥基。根據(jù)滅消耗量的不同，可計(jì)算出相應(yīng)的官能團(tuán)的量，
②零電荷點(diǎn)PZCW，is]水溶液中固體表面凈電荷為零時(shí)的pH值，稱為零電荷點(diǎn)PZC (point of zero charge), PZC為表征活性炭表面酸?性的一個(gè)重要參數(shù)。而IEP為水溶液中固體表面電勢(shì)C為零時(shí)的pH值，稱為等電點(diǎn)（isoelectric point)。如果不存在除H+、 OH—之外的吸附離子，則pHpzc-pH!^如果發(fā)生非電勢(shì)決定離子的特殊吸附，則二者向相反的方向偏移。PZC與活性炭酸性表面氧化物特別是羧基有著密切關(guān)系，它與Boehm滴定存在著很好的相關(guān)關(guān)系。IEP—般通過電泳法測(cè)定。有研究認(rèn)為通過電泳法測(cè)得的IEP為活性炭的外表面特征，由于0H-和H+比活性炭的微孔要小。因此，通過滴定法測(cè)定出的PZC，對(duì)應(yīng)的是活性炭的全部表面或絕大部分表面特征。 '
③ X射線光電子能譜XPSO'21] XPS (X-ray photoelectrof
spectroscopy)是一種有效的監(jiān)測(cè)表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的分析手段，采用Gaussion/Lorentizian函數(shù)所得譜圖進(jìn)行曲線擬合，該技術(shù)依據(jù)愛
因斯坦的光電效應(yīng)來測(cè)定表面元素的原子的價(jià)電子或內(nèi)層電子的結(jié)合能。原子被髙能X射線轟擊，能發(fā)射出的光電子其平均逃逸深度為0.5?2nm，故只能探測(cè)位于表面的物種。其主要用途是用于
測(cè)定由表面元素引起發(fā)射光電子的結(jié)合能發(fā)生位移的化學(xué)環(huán)境的變化。通過對(duì)特定原子（如C， N, 0)的鍵能進(jìn)行掃描不僅可以定
量測(cè)定樣品表面的元素組成，而且可以分析元素的結(jié)合形式。
④ 傅里葉變換紅外光譜法FT-IR[7.20] 紅外光譜可以測(cè)知分子的轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)和振動(dòng)態(tài)，從而可以得出關(guān)于被吸酎物質(zhì)中心及被吸附物質(zhì)與表面之間鍵合的性質(zhì)。由于活性炭為黑色，對(duì)紅外輻射吸收強(qiáng)，同時(shí)表面不均勻的物理結(jié)構(gòu)又加大了紅外光的散射，而且極易被"背景"吸收，因此，一般認(rèn)為只要碳含量大于94%就不適合于采取紅外光譜分析。而傅里葉變換紅外技術(shù)（Fourier transbjiifeared spectroscopy, FT-IR)，由于采取了干涉光裝置，來自全光譜的輻射在整個(gè)掃描期間始終照射在檢測(cè)器上，使光通量增大， 分辨率提髙。FT-1R偏振性較小，可以累加多次，快速掃描后進(jìn)行記錄。已成為活性炭表面官能團(tuán)定性分析的有力工具。
⑤ 熱重分析根據(jù)不同官能團(tuán)的熱穩(wěn)定性不同，在惰性氣體中熱分解，得到樣品失重的微分曲線和積分曲線。失重曲線可間接反映出活性炭的表面結(jié)構(gòu)尤其是表面官能團(tuán)種類。
椰殼活性炭具有去除水中色度、嗅味、有機(jī)物、酚、烷基苯磺酸鹽（ABS）、消毒副產(chǎn)物、重金屬離子以及其他微量有毒有害物質(zhì)的能力，不僅被廣泛用于食品工業(yè)、化工、電力等工業(yè)用水的凈化、脫氯、除油和去嗅等，而且在各種水處理中也被大量的使用。
椰殼活性炭吸附凈水技術(shù)作為一種深度凈化技術(shù)被廣泛應(yīng)用，椰殼活性炭的使用量日益增加。近半個(gè)多世紀(jì)以來，各國工業(yè)迅速發(fā)展和人口高度集中，引起了工業(yè)廢水和生活污水對(duì)水體的污染，導(dǎo)致河流、湖泊的富營養(yǎng)化，水源水質(zhì)不斷下降等各種問題，水資源日趨緊缺，利用椰殼活性炭的高效吸附性能，與常規(guī)給水處理工藝相結(jié)合、可大大提高飲用水的安全性。此外隨著對(duì)污染治理的加強(qiáng)，廢水排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格，過去采用混凝沉淀或生物處理法便可排放的工業(yè)廢水，也要求采用椰殼活性炭吸附進(jìn)行去除BOD、COD的高級(jí)處理。
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