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廣東韓研活性炭科技股份有限公司
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閱讀：1331發(fā)布時間：2021-11-29
活性炭使用碳酸鉀活化，活性炭由木質(zhì)纖維素通過化學(xué)活化合成。兩個合成過程被使用：一個階段和二個階段過程。在一步法中，浸漬了K2CO3的木質(zhì)纖維素直接熱解成活性炭，兩階段過程包括(1)熱解或水解碳化生成生物活性炭或氫化活性炭，(2)隨后的化學(xué)活化分別定義為GSB活性炭和GSH活性炭。對活性炭的特性-熱穩(wěn)定性和織構(gòu)，物理化學(xué)，結(jié)構(gòu)和晶體性質(zhì)進(jìn)行了深入的研究。結(jié)果表明，活性炭的屬性依賴于其合成所使用的方法。
具有高比表面積(S BET)的活性炭在吸附水處理過程中的無機和有機化合物方面起著至關(guān)重要的作用。木質(zhì)纖維素材料被認(rèn)為是可用于以較低成本制造活性炭的豐富的可再生前體。先前的幾項研究表明，通過兩階段化學(xué)活化工藝制備的活性炭比使用一階段化學(xué)活化工藝制備的活性炭具有更大的表面積和更高的吸附容量。例如，使用一步法和兩步法從稻草中制備活性炭的結(jié)果表明，通過預(yù)熱解炭化的兩階段KOH活化能生產(chǎn)出具有高S BET和對亞甲藍(lán)(MB)的高吸附容量的活性炭。其他研究者報告了類似的結(jié)果。對于熱液碳化，在水中由水解生成的橙皮衍生的活性炭的BET為在H3PO4酸性溶液中的橙皮衍生的活性炭的兩倍。由商業(yè)有機前體(即糠醛，葡萄糖淀粉，纖維素，桉樹木屑和糖類)合成的具有*S BET的活性炭已通過水熱過程預(yù)硫化。然而，很少有研究比較三種化學(xué)活化方法制備的活性炭的特性。值得注意的是，活化劑對活性炭特性有很強的影響。
幾種材料的制備
將大約50g的木質(zhì)纖維素粉末放入蓋有蓋子的瓷坩堝中。將坩堝置于馬弗爐，然后在800℃有氧條件下熱解4h，得到生物活性炭。氫化活性炭是通過水熱碳化工藝制備的。將約30g粉末狀木質(zhì)纖維素與120mL去離子蒸餾水在200mL聚四氟乙烯襯里的高壓釜中在190℃下混合24小時。
活性炭是通過K2CO3的化學(xué)活化過程合成的。將前體(即木質(zhì)纖維素，生物活性炭和氫化活性炭)浸入重量比為1：1的K2CO3溶液中，然后在非循環(huán)空氣氣氛中熱解(即封蓋坩堝內(nèi))800℃下保溫4小時。碳化后，樣品用0.1M HCl充分洗滌，溶解灰分和無機鹽。最后，用熱水和去離子蒸餾水洗滌樣品，直到濾液的pH達(dá)到恒定值。然后將樣品干燥并過篩，并將其儲存在棕色瓶中直到使用。
圖1顯示了合成的活性炭及其前體的形態(tài)。木質(zhì)纖維素和水熱材料孔隙度低，表面相當(dāng)粗糙。這些觀察結(jié)果與它們的低S BET和總孔體積相匹配。GSH中的微球在圖1中可見，是由GS在熱液碳化過程中的高纖維素組分形成的。但木質(zhì)素含量高可能會阻止氫化活性炭樣品中大量碳球的形成。此外，水熱過程中纖維素和木質(zhì)素的分解較弱，可能是氫化活性炭孔隙發(fā)育不良的原因。當(dāng)木質(zhì)纖維素材料在高溫下熱解時，生物活性炭的形態(tài)可以觀察到顯著的變化。生物活性炭的表面形態(tài)示出發(fā)達(dá)的孔隙和相當(dāng)高的表面積，并且因此，生物活性炭可以被認(rèn)為是一個綠色的吸附劑在廢水處理過程中使用。
圖1. 活性炭(d-f)及其前體(a-c)的掃描電子顯微鏡(SEM)。
值得注意的是，合成的活性炭樣品具有不規(guī)則和不均勻的表面形態(tài)，具有海綿狀結(jié)構(gòu)。由于K2CO3的蒸發(fā)，在熱解過程中活性炭中形成了各種尺寸和形狀的良好孔隙。強調(diào)了從廢報紙到K2CO3制備活性炭的高S BET激活，這可能插入和擴(kuò)大相鄰的六角網(wǎng)絡(luò)平面的夾層。這些平面由C原子組成，由于六角平面發(fā)育不良，孔隙形成得到加強，這與石墨中發(fā)育不良的平面相似。增加孔隙形成的另一個原因可能是K2CO3分子擴(kuò)散到熱解過程中產(chǎn)生的基本孔隙中，并隨之加速K2CO3-C反應(yīng)。在熱解過程中焦炭中的孔隙發(fā)展在改善S BET方面起著至關(guān)重要的作用和總孔隙體積。因此，可以推斷活性炭的表面形態(tài)強烈地依賴于它們的制備方法。
與前體相比，合成的活性炭具有更高的芳香性和熱穩(wěn)定性。原材料和水熱材料中纖維素物質(zhì)的存在可以通過TGA和XRD分析明智地評估。通過FTIR技術(shù)和Boehm滴定法準(zhǔn)確鑒定了活性炭表面上含氧官能團(tuán)的存在。活性炭 的pH值和比表面積還有吸附能力水平按照以下順序：活性炭> 生物活性炭> 氫化活性炭。基于有利的特征，木質(zhì)纖維素可以被認(rèn)為是通過化學(xué)活化合成活性炭的優(yōu)良前體。
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