预处理方法对活性炭结构及吸附性能的影响

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　　摘 要：预处理是提升活性炭吸附性能常用到的工艺技术手段。随着近些年来活性炭预处理技术的不断发展，也出现了各种不同类型的预处理模式。结合技术现状，首先分析了活性炭结构与吸附性能的概念，其次对活性炭结构常用的预处理模式进行了分析，并在最后探讨了预处理对活性炭结构吸附性能的影响情况，希望可以有效提升预处理效果，确保活性炭的功能价值。
　　关键词：预处理；活性炭结构；吸附性能
　　活性炭在工业生产与废水污水处理中具有广泛的应用，是现代工业重要的吸附剂。随着技术研究的不断深入，人们发现利用预处理的方式能够有效提升活性炭的吸附能力，但是预处理的模式很多，具体的处理效果也不尽相同，所以需要做好技术归纳与总结才能够尽可能发挥预处理的功效。
　　1 活性炭结构与吸附性能概述
　　活性炭的结构与吸附性能具有密切的关联。其中，活性炭本身具有空隙与巨大的比表面积，所以这也使得其能够适应于不同的吸附环境与污染治理要求。在使用过程中，具有原材料的来源广泛、获得方法简单的特征。近些年来，随着应用规模的提升，电极材料中活性炭要具有合理的孔径排布，但是工业生产的活性炭的灰分含量较高，容易堵塞孔道影响其综合性能，所以必须通过预处理的方式来改善性能。吸附性能是活性炭的主要性能之一，这是由于活性炭的内部有多种类型的官能团，再加上丰富的比表面积、孔洞，所以活性炭能够吸附空气中、水中的物质，从而形成一定的净化效果。
　　2 活性炭结构常用预处理方法
　　活性炭预处理的方法很多，这里选择了两种有代表性的预处理方式介绍如下。选择活性炭粉末，原组记为A组。B组预处理方式为水洗处理，采用超纯水煮沸2h后，再利用纯水进行冲洗。C组预处理方式为碱处理，利用5%NaOH溶液浸泡处理24小时，利用纯水冲洗干净。D组预处理方式为组预处理方式为酸处理的方式，选择5%HCL溶液进行浸泡处理24小时，随后再利用纯水冲洗。
　　3 预处理方法对活性炭结构及吸附性能的影响
　　结合上述分析中获得的电镜图像，就预处理方法对活性炭结构、吸附性能的应用分析如下，测试过程中参照GB/T12496.3-1999测定活性炭的灰分；按GB/12496.8-1999测定碘值；參照GB/T12496.12-1999测定苯酚值。
　　3.1 结构影响
　　结合扫描电镜获取的图片进行活性炭结构的分析。经过预处理后，活性炭的尺寸从大小不一的块状编程了不同类型的形貌。其中，A组的扫描电镜中有小颗粒，碳表面的结构致密性很强，孔洞结构较少且不明显，同时夹杂物也相对比较少，这是处理前的情况。B组的表面形貌发生了很大的变换，主要体现在颗粒度的均匀性提升，同时夹杂物减少，体系内的颗粒度也得到了控制，颗粒表面的絮状物比例降低，更为光滑，但是没有孔结构。C组经过处理后，均匀性良好且有大量的孔洞。D组在处理后由于烧蚀作用而形成了较大的孔洞。由此可见，不同的预处理会带来结构方面的显著差异。
　　3.2 比表面积与孔径影响
　　分别对比不同组表面积与孔径的情况，可以发现预处理后的活性炭大多数孔径都得到了扩充。作为直接影响活性炭吸附能力的主要指标参数，比表面积与微孔的数量具有密切的关系。一般来说，大孔的直径大于50nm，中孔为2～50nm，微孔直径小于2nm。随着相对压力的提升，吸附量的增加量会增加，但是也会出现多分子层的吸附。在相对较高的压力区域内，吸附质的聚集程度会更高，活性炭中存在大量的空隙。根据上述扫描电镜的结果来看，C组的吸附能力最高，D组次之，随后才是B组、A组。
　　3.3 综合性能影响
　　综合性能并不是一个相对单纯的数值可以表现的，是一个复杂的体系计算后得到的结果。实际上，活性炭的吸附能力主要与比表面积以及孔径相关，但是这并不表示其仅仅与这两个因素有关。在进行不同物质的净化与吸附时，内部的官能团的数量、种类也会发生显著的变换。根据实验中的测试情况来看，如果利用碱性溶液进行预处理，那么处理之后的有机物去除效果会显著提升，而如果选择酸性的溶液进行处理，那么处理后的官能团的数量会受到严重的影响，最终导致综合吸收有机物的性能下降。所以综合性能的变换是预处理中需要着重考虑的部分，要根据目的来进行预处理，才能够有效提升预处理的效果。
　　4 总结
　　综上所述，预处理在活性炭的功能升级以及性能提升方面具有显著的效果，同时也是目前实现表面改性处理最有效的途径。结合常用活性炭的预处理方式，除了要关注结构、比表面积与孔径，还需要进一步做好综合性能的评估，以此来确保预处理的效果，为活性炭生产工作提供技术改造条件。
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