活性碳材料等離子處理提高吸附性能

文章出處：等離子清洗機(jī)廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時(shí)間：2022-06-22

吸附是最重要的環(huán)境污染物凈化方法之一。碳材料由于具有高比表面積、豐富的孔結(jié)構(gòu)和可調(diào)的表面化學(xué)性質(zhì)，因而作為吸附劑被廣泛使用。常用的碳吸附材料主要有活性炭和活性炭纖維等。吸附過(guò)程主要包括由分子間范德華力引起的物理吸附和由吸附劑與吸附質(zhì)間化學(xué)鍵反應(yīng)引起的化學(xué)吸附。活性炭/活性碳纖維一方面利用其豐富的孔結(jié)構(gòu)及高比表面積促進(jìn)污染物分子進(jìn)入其內(nèi)部孔道，實(shí)現(xiàn)物理吸附;另一方面利用其表面化學(xué)官能團(tuán)與吸附質(zhì)發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，形成新的化學(xué)鍵，從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)吸附。一般來(lái)說(shuō)，活性炭/活性碳纖維對(duì)于不同吸附質(zhì)的物理吸附性能相差不大，但由于吸附質(zhì)本身的化學(xué)性質(zhì)差異較大，從而導(dǎo)致化學(xué)吸附性能大相徑庭。所以，對(duì)活性炭/活性碳纖維表面的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行調(diào)控，以適應(yīng)不同的污染物吸附，成為活性炭/活性碳纖維改性的主要目的。

諸多研究認(rèn)為，碳吸附材料的表面化學(xué)改性能產(chǎn)生含氧官能團(tuán)(如羧基、羥基、酸酐、醌基、羰基、醇基等)和含氮官能團(tuán)(胺基、酰胺基、酰亞胺基、吡咯基、吡啶基)，這些基團(tuán)對(duì)活性炭/活性碳纖維的吸附性能產(chǎn)生重要影響，不僅能解決濕環(huán)境下吸附劑吸附能力下降的問題，還能提高對(duì)特定污染物的吸附能力或降低脫附要求。碳材料的化學(xué)改性方法主要有氧化法、還原法、酸堿法和等離子體處理法等。

等離子體處理

等離子體是物質(zhì)的第四態(tài)，它呈現(xiàn)出高度激發(fā)的不穩(wěn)定態(tài)，產(chǎn)生大量的活性粒子，包括離子、電子、原子和分子。在碳材料等離子體改性過(guò)程中，可以向等離子體反應(yīng)器引入背景氣體，在表面形成不同的官能團(tuán)，從而提高碳材料的吸附性能。等離子體改性不僅可以改變碳材料的物理結(jié)構(gòu)，更重要的是通過(guò)背景氣體在等離子體場(chǎng)中分解出的活性粒子與活性炭發(fā)生反應(yīng)，從而改變碳材料表面的化學(xué)官能團(tuán)，最終實(shí)現(xiàn)化學(xué)改性。

針對(duì)不同的吸附質(zhì)，等離子體改性方法能夠靈活的對(duì)碳材料進(jìn)行氧化或還原改性，從而提升其特定的吸附能力。針對(duì)極性及易溶于水的有機(jī)物，增加親水性官能團(tuán)，如:羧基(－COOH)、羰基(－C=O－)、羥基(－OH)、醛基(－CHO)等;而針對(duì)非極性及難溶/不溶于水的有機(jī)物，增加疏水性官能團(tuán)，如:烴基(－CnH2n+1、－CH=CH2、－C6H5等)、鹵原子(－X)，硝基(－NO2)。

氧氣等離子體處理是最為常見的等離子體改性方法。氧氣等離子體處理后的活性炭表面結(jié)構(gòu)略有變化，而化學(xué)性質(zhì)顯著變化。活性炭表面的羧基和酚羥基明顯增加，酸性含氧基團(tuán)濃度大大提高，從而使活性炭和有機(jī)分子之間π－π和氫鍵作用增強(qiáng)，提升其吸附能力。

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