论文部分内容阅读
以沥青基球状活性炭(Pitch—based Spherical Activated Carbons，PSAC)为前驱体，采用空气氧化、化学气相沉积等改性方法得到一系列PSAC。系统研究了改性工艺条件对PSAC吸附性能的影响；深入探讨了PSAC的表面化学环境及孔结构对其吸附性能的影响。
1、利用空气氧化法，对PSAC的表面含氧官能团进行改性，并对其浸润性能及吸附性能进行了研究。
研究结果表明，改性前后，PSAC的孔结构变化并不显著。当氧化改性气体中氧含量为20％，氧化时间为5小时以及氧化温度分别为400℃和450℃时，PSAC的表面酸性官能团由0.11毫当量/克(milli—equivalent/gram，meq/g)分别增加到1.22meq/g，1.60meq/g，碱性官能团由0.52meq/g分别减少到0.03meq/g，0.02meq/g。
随着羧基、羟基等表面含氧官能团的增加，PSAC的表面酸性逐渐增强；与此相对应，随着表面酸性官能团数量的逐渐增加，PSAC亲水性能逐渐增强。
PSAC亲水性能的增强使得溶剂水对吸附位产生强烈的竞争吸附，最终导致PSAC对苯酚的吸附等温线由L型向S型转变；此时，溶剂效应和氢键效应起主导地位。当溶剂由水置换为环己烷时，随着氧化程度的增强，PSAC对苯酚吸附性能逐渐增强，且吸附等温线均为L型；此时，苯酚分子中的苯环结构和PSAC表面的类石墨结构之间的π—π电子共轭效应占据了主导地位，同时，电子对效应也有利于PSAC在此溶液环境下对苯酚分子的吸附。
2、利用氨气化学气相沉积法，对PSAC表面含氮官能团进行了改性处理，并对其吸附性能进行了考察。
改性后，PSAC的孔结构变化并不显著，但是较大程度上改变了其表面化学环境。PSAC的表面引入了大量的含氮官能团(主要为插入类石墨炭层结构的含氮官能团)，导致PSAC表面碱性增强和零电点的增加；
PSAC上述表面化学环境的变化导致尿酸吸附容量增加，且最大平衡吸附容量达333mg/g；伪二级动力学模型最适合描述尿酸在PSAC上的吸附行为；热力学研究结果表明，PSAC对尿酸的吸附是一个自发、放热、不可逆的过程；且离子强度的增大，有利于PSAC对尿酸的吸附。
3、利用苯对PSAC进行改性处理后，其表面化学性质变化并不显著。在温度较低时，随着化学气相沉积时间的延长，PSAC大量的微孔被填充，导致其比表面积和孔容的减小；在温度较高、化学气相沉积时间较短时，由于原来的中孔结构的沉积作用，PSAC
产生了大量的中、微孔结构，比表面积和孔容均有所增加。在高温下经苯化学气相沉积后，由于2nm附近有效吸附孔径的比表面积、孔容的增加，使PSAC对肌酐吸附容量增加。
4、以PSAC作为吸附剂，重点考察了溶液起始浓度、温度、活性炭用量及颗粒的大小等不同条件下对水溶液中肌酐、葡萄糖的吸附行为，确定了吸附的最佳条件。从吸附等温线和吸附动力学两方面对球状活性炭的吸附机理进行了研究。
研究结果表明，平衡吸附量均随着肌酐浓度的升高而增加，属于L型吸附等温线。说明PSAC对肌酐的吸附为微孔填充机制，在稀溶液中属于单分子层吸附。对肌酐的吸附动力学研究表明，吸附速率主要取决于活性炭的孔分布，其中，中大孔为扩散通道，且中大孔含量较多的PSAC吸附速率较快。吸附量在低浓度范围内主要取决于活性炭的有效孔容，尤其是1～3倍于吸附质分子直径的孔容积贡献度最大。
考察了PSAC及药用炭对肌酐、葡萄糖及酶类大分子的吸附行为。PSAC对肌酐、葡萄糖的吸附量与药用炭相当，分别可达到98％和35％以上，但其对酶的吸附量较少，部分炭甚至不吸附，而药用炭对酶的吸附率均超过95％，因此，PSAC具有良好的选择性吸附性能。
对PSAC进行包膜，考察了包膜对活性炭的吸附量的影响，结果表明，包膜后微粒脱落量明显减少，且包膜对吸附性能影响不大。