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活性炭用空气氧化活化改变结构
来源:www.cqhxtc.com 发布时间:2019年08月16日

    迄今为止有许多能制造活性炭的前体材料,作为吸附剂材料表现出显著电位用于从废水脱色处理。但是对于化学活化,原料或预碳化碳材料要用大量活化剂处理。该处理之后是通过高温碳化以产生孔结构和除去化学试剂。

  制备过程需要大量的腐蚀性化学品,并产生有毒有害的废水,导致各种环境问题。本次的研究是使用由软木材质用简单的方法结合空气活化制造活性炭,不用任何化学试剂。通过各种表征技术评估空气活化对活性炭的织构和其他表面特征的影响。

    采用简便的水热碳化方法结合空气活化,以软木为原料,制备功能性多孔富氧活性炭,不使用任何化学试剂。首先将软木材料用水进行水热处理,以生产水凝胶。随后,在氮气下在高温下进行后碳化,以提高石墨化程度和多孔结构(图1)。通过元素分析测定,获得的木质活性炭由89.8wt%的碳和6.1wt%的氧组成。

 

  为了产生增加的孔隙率并增加活性炭上的含氧官能团,所制备的碳在静态空气中在350℃至450℃的温度下进一步热氧化。在空气活化过程中,相对挥发性的碳部分分解,在氧气存在下形成气态物质如CO,CO 2和碳氢化合物,用作膨胀介质,通过碳与氧反应产生气孔。此外,还可以通过除去碳来形成许多孔。因此,使用无化学热氧化同时形成功能性含氧物质。元素分析结果证实,活性炭显示氧含量增加,功能氧基团随着活化温度的升高而增加。

  通过SEM和TEM研究了空气氧化前后活性炭的微观结构(图2)。在(图2a,b)中,软木材料呈蜂窝状结构并具有明显的褶皱。在800℃碳化后,保留结构并且包含该结构的部分彼此紧密结合,看起来光滑(图2c,d)。在350℃-450℃下空气活化后,结构单元被分离形成薄片(图2e),这可归因于细胞之间木质素的降解。活性炭呈现出层状空气氧化后的结构(图2的e-j)的。350℃和400℃活化的活性炭样品表面相对光滑,在0.5-1μm的分辨率下未观察到明显的孔结构(图2f,h)。

  当氧化温度升至450℃时,活性炭的表面显着变化并观察到大量的孔。图2j显示450℃活化样品显示出具有裂缝和空隙的粗糙表面。TEM结果(图2k,i)显示450℃活化的活性炭具有三维(3D)互连框架的分级微/中孔结构。这些孔可以有助于废水中染料的吸附。

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