預處理方法對活性炭結構及吸附性能的影響

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　　摘 要：預處理是提升活性炭吸附性能常用到的工藝技術手段。隨著近些年來活性炭預處理技術的不斷發展，也出現了各種不同類型的預處理模式。結合技術現狀，首先分析了活性炭結構與吸附性能的概念，其次對活性炭結構常用的預處理模式進行了分析，并在最后探討了預處理對活性炭結構吸附性能的影響情況，希望可以有效提升預處理效果，確保活性炭的功能價值。
　　關鍵詞：預處理；活性炭結構；吸附性能
　　活性炭在工業生產與廢水污水處理中具有廣泛的應用，是現代工業重要的吸附劑。隨著技術研究的不斷深入，人們發現利用預處理的方式能夠有效提升活性炭的吸附能力，但是預處理的模式很多，具體的處理效果也不盡相同，所以需要做好技術歸納與總結才能夠盡可能發揮預處理的功效。
　　1 活性炭結構與吸附性能概述
　　活性炭的結構與吸附性能具有密切的關聯。其中，活性炭本身具有空隙與巨大的比表面積，所以這也使得其能夠適應于不同的吸附環境與污染治理要求。在使用過程中，具有原材料的來源廣泛、獲得方法簡單的特征。近些年來，隨著應用規模的提升，電極材料中活性炭要具有合理的孔徑排布，但是工業生產的活性炭的灰分含量較高，容易堵塞孔道影響其綜合性能，所以必須通過預處理的方式來改善性能。吸附性能是活性炭的主要性能之一，這是由于活性炭的內部有多種類型的官能團，再加上豐富的比表面積、孔洞，所以活性炭能夠吸附空氣中、水中的物質，從而形成一定的凈化效果。
　　2 活性炭結構常用預處理方法
　　活性炭預處理的方法很多，這里選擇了兩種有代表性的預處理方式介紹如下。選擇活性炭粉末，原組記為A組。B組預處理方式為水洗處理，采用超純水煮沸2h后，再利用純水進行沖洗。C組預處理方式為堿處理，利用5%NaOH溶液浸泡處理24小時，利用純水沖洗干凈。D組預處理方式為組預處理方式為酸處理的方式，選擇5%HCL溶液進行浸泡處理24小時，隨后再利用純水沖洗。
　　3 預處理方法對活性炭結構及吸附性能的影響
　　結合上述分析中獲得的電鏡圖像，就預處理方法對活性炭結構、吸附性能的應用分析如下，測試過程中參照GB/T12496.3-1999測定活性炭的灰分；按GB/12496.8-1999測定碘值；參照GB/T12496.12-1999測定苯酚值。
　　3.1 結構影響
　　結合掃描電鏡獲取的圖片進行活性炭結構的分析。經過預處理后，活性炭的尺寸從大小不一的塊狀編程了不同類型的形貌。其中，A組的掃描電鏡中有小顆粒，碳表面的結構致密性很強，孔洞結構較少且不明顯，同時夾雜物也相對比較少，這是處理前的情況。B組的表面形貌發生了很大的變換，主要體現在顆粒度的均勻性提升，同時夾雜物減少，體系內的顆粒度也得到了控制，顆粒表面的絮狀物比例降低，更為光滑，但是沒有孔結構。C組經過處理后，均勻性良好且有大量的孔洞。D組在處理后由于燒蝕作用而形成了較大的孔洞。由此可見，不同的預處理會帶來結構方面的顯著差異。
　　3.2 比表面積與孔徑影響
　　分別對比不同組表面積與孔徑的情況，可以發現預處理后的活性炭大多數孔徑都得到了擴充。作為直接影響活性炭吸附能力的主要指標參數，比表面積與微孔的數量具有密切的關系。一般來說，大孔的直徑大于50nm，中孔為2～50nm，微孔直徑小于2nm。隨著相對壓力的提升，吸附量的增加量會增加，但是也會出現多分子層的吸附。在相對較高的壓力區域內，吸附質的聚集程度會更高，活性炭中存在大量的空隙。根據上述掃描電鏡的結果來看，C組的吸附能力最高，D組次之，隨后才是B組、A組。
　　3.3 綜合性能影響
　　綜合性能并不是一個相對單純的數值可以表現的，是一個復雜的體系計算后得到的結果。實際上，活性炭的吸附能力主要與比表面積以及孔徑相關，但是這并不表示其僅僅與這兩個因素有關。在進行不同物質的凈化與吸附時，內部的官能團的數量、種類也會發生顯著的變換。根據實驗中的測試情況來看，如果利用堿性溶液進行預處理，那么處理之后的有機物去除效果會顯著提升，而如果選擇酸性的溶液進行處理，那么處理后的官能團的數量會受到嚴重的影響，最終導致綜合吸收有機物的性能下降。所以綜合性能的變換是預處理中需要著重考慮的部分，要根據目的來進行預處理，才能夠有效提升預處理的效果。
　　4 總結
　　綜上所述，預處理在活性炭的功能升級以及性能提升方面具有顯著的效果，同時也是目前實現表面改性處理最有效的途徑。結合常用活性炭的預處理方式，除了要關注結構、比表面積與孔徑，還需要進一步做好綜合性能的評估，以此來確保預處理的效果，為活性炭生產工作提供技術改造條件。
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