几种植物基活性炭材料的孔结构与吸附性能比较——(I)孔结构表征

测定了3种植物基活性炭材料:椰壳活性炭 (CAC4)、剑麻茎基活性炭 (SSAC) 和剑麻基活性碳纤维 (SACF) 的氮吸附等温线,并用不同的理论方法对其孔结构进行了分析和表征。结果表明:CAC4为微孔型,孔径分布集中且大部分是0.7nm以下的极微孔;在相同条件下制备的SSAC和SACF孔分布较为相似,都呈多分散性,结构中除微孔外,还含有丰富的中孔,中孔率均超过50%以上。两者相比,SACF的中孔量和平均孔径更大。3个样品的形态特征和孔结构虽然不同,但其吸附过程都可以用微孔多段填充机理来解析。     

几种植物基活性炭材料的表面结构与吸附性能比较-(Ⅱ)表面化学结构与吸附性能研究

用X-射线光电子能谱对3种植物基活性炭材料椰壳活性炭(CAC4)、剑麻茎基活性炭(SSAC)和剑麻基活性碳纤维(SACF)的表面化学结构进行了表征,并研究和对比了它们的吸附性能,包括对碘、苯酚和亚甲基蓝的液相吸附性能,对有机蒸汽的吸附性能以及对Au3+的还原吸附性能等.结果表明,3个样品表面均含有多种含氧官能团,吸附能力SACF＞SSAC＞CAC4.样品的吸附性能主要取决于自身孔结构,与其表面化学结构也有密切的关系.     

几种植物基活性炭材料的表面结构与吸附性能比较——(II)表面化学结构与吸附性能研究

用X-射线光电子能谱对3种植物基活性炭材料:椰壳活性炭 (CAC4)、剑麻茎基活性炭(SSAC)和剑麻基活性碳纤维 (SACF) 的表面化学结构进行了表征,并研究和对比了它们的吸附性能,包括对碘、苯酚和亚甲基蓝的液相吸附性能,对有机蒸汽的吸附性能以及对Au3+的还原吸附性能等。结果表明,3个样品表面均含有多种含氧官能团,吸附能力SACF>SSAC> CAC4。样品的吸附性能主要取决于自身孔结构,与其表面化学结构也有密切的关系。     

孔结构对活性炭吸附水溶液中铅离子的影响

选取三种表面化学性质相近的活性炭(AC),通过等温吸附实验考察活性炭对水溶液中铅离子的吸附性能,利用扫描电子显微镜(SEM)观察活性炭的表面微观形貌,通过低温(77 K)液氮吸附测定活性炭的比表面积和孔容,并分别以密度泛函理论(DFT)和Barrett-Joyner-Halenda (BJH)法计算微孔和中孔的孔径分布.结果表明:选用的三种活性炭AC1、AC2、AC3在比表面积和总孔容上呈依次下降的趋势,但表面开放孔均匀分布的AC2,具有最高的饱和吸附量,孔结构类似颗粒堆积孔的AC3,具有与表面开放孔分布集中的AC1相近的饱和吸附量;通过对孔结构与吸附量的关联分析可知,在活性炭吸附铅离子的过程中, 0.4-0.6 nm的孔是有效吸附孔, 10.5-20.6 nm、20.6-55.6 nm、5.2-10.5 nm三个区间的孔则会对吸附产生阻碍作用.     

酚醛基活性炭纤维孔结构及其电化学性能研究

利用水蒸汽活化法制备了酚醛基活性炭纤维(ACF-H2O), 对其比表面积、孔结构与在LiClO4/PC(聚碳酸丙烯酯)有机电解液中的电容性能之间的关系进行了探讨. 用N2(77 K)吸附法测定活性炭纤维的孔结构和比表面积, 用恒流充放电法和交流阻抗技术测量双电层电容器(EDLC)的电容量及内部阻抗. 研究表明, 在LiClO4/PC有机电解液中, ACF-H2O电极的可用孔径(d)应在0.7 nm以上. 随着活化时间的延长, ACF-H2O的孔容和比表面不断增大, 但微孔(0.7 nm ＜ d ＜ 2.0 nm)和中孔(d ＞ 2.0 nm)率变化很小, 活化过程中孔的延伸和拓宽同步进行, 但过度活化则造成孔壁塌陷, 孔容和比表面迅速下降. 因此, 除活化过度的样品外, 电容量随比表面积呈线性增长, 最高达到109. 6 F•g-1. 但中孔和微孔的孔表面对电容的贡献不同, 其单位面积电容分别为8.44 μF•cm-2和4.29 μF•cm-2, 中孔具有更高的表面利用率. ACF-H2O电极的电容量、阻抗特性和孔结构密切相关. 随着孔径的增大, 时间常数减小, 电解液离子更易于向孔内快速迁移, 阻抗降低, 电极具有更好的充放电倍率特性. 因此, 提高孔径和比表面积, 减少超微孔(d ＜ 0.7 nm), 是提高 EDLC能量密度和功率密度的重要途径. 然而仅采用水蒸汽活化, 只能在小中孔以下的孔径范围内进行调孔, ACF-H2O电极电容性能的提高受限.     

杂多酸的固载化Ⅲ.溶剂对H4Siw12O40.24H2O在活性炭上吸附的影响

研究了Ｈ４ＳｉＷ１２Ｏ４０．２４Ｈ２Ｏ（ＳｉＷ１２）在水，乙醇，乙酸，乙酸丁酯中在活性炭上的吸附得出，活性炭微孔结构对ＳｉＷ１２在其表面的吸附起着分子筛作用，水溶剂化的ＳｉＷ１２分子可顺利进行活性１．７ｎｍ左右的微孔，而其它溶剂化的ＳｉＷ１２分子，则需较大的孔径，提出了ＳｉＷ１２在活性炭表面吸附的微孔中孔扩散模型。     

活性炭孔隙结构对催化氧化脱除单质汞的影响

研究活性炭在硫化氢存在条件下催化氧化脱除煤气中单质汞的吸附机理和探讨提高其吸附能力的方法,在模拟煤气气氛下对3种活性炭和一种活性焦进行汞的吸附性能实验,并进一步分析活性炭(焦)的孔隙结构。用BET方程处理N₂等温吸附数据,计算比表面积;用HK法进行微孔分析;用BJH法计算中孔孔径分布。结果表明,硫化氢被催化氧化后,生成吸附在活性炭孔壁上的活性硫促进了对汞的吸附;随着活性炭微孔和中孔体积的增大,活性炭对汞的吸附能力得到提高。     

用CO_2吸附法分析分子筛的孔结构

以NaA,NaY和NaZSM-5分子筛为研究对象,以CO2为吸附质,通过吸附数据测定,研究分子筛材料微孔结构的吸附表征方法.计算了NaA、NaY和NaZSM-5分子筛的微孔孔容,其中基于D-A方程的微孔孔容值与文献值一致.根据CO2吸附数据分析了3种分子筛的孔径分布.发现对于含有球形孔结构的NaA,NaY分子筛和NaA+NaY混合物,HK(Horvath-Kawazoe)球形模型(HKsphere)能够很好地描述其孔径分布,而HK柱状模型(HKcylinder)能够很好地表征具有柱状孔道结构的NaZSM-5分子筛.单一的HK方法不能表征同时含有柱状孔和球形孔的NaA+NaZSM-5混合物,使用HKcylinder只能得到混合物材料中柱状孔的分布情况,而使用HKsphere只能得到球形孔的分布情况.     

超级电容器炭电极材料孔结构对其性能的影响

采用无瓶颈的系列酚醛树脂活性炭为电极材料，用氮吸附和恒流充、放电，以及交流阻抗法，研究孔径和孔表面积等孔结构对其性能的影响.结果表明，活性炭电极材料双电层电容与微孔(孔宽度< 2.0 nm)表面和外孔(孔宽度 >2.0 nm)表面都有关系，但主要取决于微孔表面双电层电容.微孔表面比电容为21.4 μF•cm－2，外孔表面比电容< 10 μF•cm－2.外孔表面比电容较低可能是由于空间电荷层的影响.微孔孔径较大的炭材料具有高比电容和良好的高倍率放电的特性.     

浸渍金属盐二次活化制备中孔沥青基球形活性炭的研究

以煤焦油沥青为原料,水蒸气活化法制备具有一定孔隙结构的预活化沥青基球形活性炭:通过在预活化球形活性炭中浸渍Fe(NO3)3、Co(NO3)2、Ni(NO3)2水蒸气二次活化,制备得到具有不同中孔孔径分布和较高强度的球形活性炭;研究了金属Fe、CO、Ni在二次活化过程中对预活化球形活性炭的孔结构参数和VB12吸附性能的影响,实验结果表明,预活化球形活性炭通过浸渍硝酸盐二次活化能够有效提高中孔孔容和中孔含量,其中浸渍CO(NO3)2二次活化对中孔孔容的增加最为明显,其中孔孔容达0.50cm3/g,占总孔孔容的65%.随着浸溃Co(NO3)2二次活化时间的延长,预活化球形活性炭中孔孔容增加,孔径分布变宽.     

氩吸附法研究多级孔分子筛的孔结构

采用不同方法分别制备了双介孔分子筛、介微孔分子筛及介孔沸石材料,利用氩吸附法并结合XRD技术表征了多级孔分子筛的孔结构。探讨了适用于多级孔分子筛的孔径分布计算方法,揭示了不同类型吸附等温线与孔径分布、孔型及孔容等之间的关系。研究表明,对于多级孔分子筛、微孔和介孔的孔径分布分别用SF法和BJH法计算较适宜,全孔分析可用NLDFT法计算。通过对TS-1介孔沸石的孔结构分析发现, TPAOH 在改性制备介孔TS-1的过程中起到了生成介孔及促进二次晶化的双重作用。     

杂多酸的固载化Ⅲ．溶剂对H_4SiW_（12）O_（40）·24H_2O在活性

研究了Ｈ＿４ＳｉＷ＿（１２）Ｏ＿（４０）·２４Ｈ＿２Ｏ（ＳｉＷ＿（１２））在水、乙醇、乙酸、乙酸丁酯中在活性炭上的吸附得出，活性炭微孔结构对ＳｉＷ＿（１２）在其表面的吸附起着分子筛作用。水溶剂化的ＳｉＷ＿（１２）分子可顺利进入活性炭１．７ｎｍ左右的微孔，而其它溶剂化的ＳｉＷ＿（１２）分子，则需较大的孔径。提出了ＳｉＷ＿（１２）在活性炭表面吸附的微孔中孔扩散模型。     

负载Pt活性炭纤维对NO的吸附活性

 采用电化学方法制备了负载Pt的活性炭纤维，为研究其微孔结构、Pt的分散性以及对NO的吸附活性，分别考察了其对氮气、水和NO的吸附．电沉积Pt活性炭纤维的氮吸附等温线仍呈Langmuir型，表面积和微孔孔径基本不变；对水的初始吸附点数远远大于活性炭纤维．这表明电沉积Pt没有改变活性炭纤维的微孔结构，Pt粒高度分散在活性炭纤维的外表面．而NO的吸附量显著增加，说明存在化学吸附．     

活性炭孔结构对TiO2/AC复合光催化剂光催化活性的影响

以4种表面化学性质相近, 而孔结构差异较大的活性炭(AC)为原料, 采用酸催化水解法合成了系列TiO2/AC复合催化剂, 考查活性炭孔结构对复合光催化剂活性的影响. 以苯酚为模型物, 考察了催化剂的活性;以低温(77 K)液氮吸附测定活性炭的比表面积、孔容和孔径分布;以Boehm滴定及元素分析定量表征活性炭表面化学性质. 以SEM观测复合催化剂表面TiO2的分散性能;以X射线衍射(XRD)、漫反射光谱(DRS)测试光催化剂晶相结构参数及光吸收阈值. 结果表明, 活性炭孔结构性质对TiO2/AC活性影响显著. AC1、AC2、AC3、AC4对TiO2活性提高的协同系数分别为1.55、2.03、1.28、1.43. 协同系数大小与接触界面面积变化值(⊿S)趋势相似. 具有发达的微孔及适量中孔结构的TiO2/AC复合光催化剂的催化活性最高.     

巨正则系综Monte Carlo模拟方法研究活性炭的微孔尺寸

根据299K下甲烷在活性炭中的吸附实验数据，通过调节狭缝微孔的孔宽参数，利用巨正则系综Monte Carlo（GCEMC）方法得到不同也宽下流体的微观结构以及吸附等温线，比较并拟合模拟结果和实验数据，确定了活性炭微孔的平均孔宽，为下一步求解微孔尺寸分布以及为预测吸附剂在不同温度下吸附不同吸附质分子的吸附性能提供了基础与指导，模拟，甲烷分子采用单点Lennard-Jones球型分子模型，活性炭用狭缝孔来近似表征，流体分子与单个狭缝墙的相互作用采用著名的Steele的10－4－3势能模型，模拟表明，此方法为考察介孔材料的微孔分布以及微孔平均孔宽提供了新的思路。     

巨正则系综Monte Carlo模拟方法确定活性炭的微孔尺寸

根据299K下甲烷在活性炭中的吸附实验数据,通过调节狭缝微孔的孔宽参数,利用巨正则系综MonteCarlo(GCEMC)方法得到不同孔宽下流体的微观结构以及吸附等温线.比较并拟合模拟结果和实验数据,确定了活性炭微孔的平均孔宽,为下一步求解微孔尺寸分布以及为预测吸附剂在不同温度下吸附不同吸附质分子时的吸附性能提供了基础与指导.模拟中,甲烷分子采用单点Lennard-Jones球型分子模型,活性炭用狭缝孔来近似表征,流体分子与单个狭缝墙的相互作用采用著名的Steele的10－4-3势能模型.模拟表明,此方法为考察介孔材料的微孔分布以及微孔平均孔宽提供了新的思路.     

应用超临界温度氢吸附数据表征活性炭结构

为准确研究氢在活性炭上的吸附平衡,本文对比分析了由氮和氢在活性炭上吸附数据确定的活性炭的孔径分布(PSD)。首先,应用容积法,在0～12.5MPa压力范围、3个温度(113.15K、193.15K、273.15K)下测定氢在K05活性炭上的吸附平衡数据,并由引入系统内氢的质量衡算确定吸附池内氢的总量。其次,以77K氮吸附数据确定的PSD为初值、以吸附池内氢的总量为基准,通过优化非局域密度泛函理论(NDFT)计算值确定活性炭的PSD,进而比较表征介质、温度及平衡压力对PSD的影响。研究表明,应用氢吸附数据表征孔宽小于0.8nm的超细微孔的微分容积较大;平衡压力较高时,由不同温度氢吸附数据确定的超细微孔的PSD相近;孔宽大于1.2nm时,不同温度氢吸附数据确定的PSD间有明显偏差。须应用超临界温度高压氢或氢在亚临界温度区域的吸附数据,同时结合77K氮吸附等温线来表征吸附剂在超细微孔和微孔范围的PSD。     

载银磷酸活化剑麻基活性炭纤维的抗菌性能研究

本文利用磷酸化方法，制备各种剑麻基活性炭纤维，并利用活性炭纤维的氧化还原特性及吸附性能，在其上负载金属银，研究并比较了这些载银活性炭纤维对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀灭作用，结果表明，磷酸浓度，活化方法，活化时间，纤维的比表面积等因素的均对材料的抗菌性能有一定的影响，磷酸活化的活性炭纤维表现出强的抗菌杀菌能力，高浓度磷酸活化后的纤维抗菌能力有所提高，并且抗菌能力随活化时间的延长而增加，抗菌前后纤维上负载的银未曾大量脱落，经5次抗菌试验后材料仍显示出很强的抗菌能力。     

介孔吸附剂表面分形分析

用自溶液中吸附的方法测定了介孔硅胶和活性炭的分形维数D.结果表明:(1)硅胶自四氯化碳或环已烷中吸附脂肪醇、酮、酯和含氧芳香化合物,活性炭自水中吸附芳香化合物的等温线均服从Langmuir方程.用极限吸附量n_m^s和表观分子面积σ_a,根据方程log n_m^s=-(D)/(2)log σ_a+常数,可计算出分维D. n_m^s和σ_a是根据Langmuir方程和吸附剂比表面数据求出的.(2)用液相吸附法求出的介孔硅胶的分维值与由气体吸附法求出的值相同,并均近于2.当表面曲率半径大于吸附分子大小时,吸附剂表面可是低分维的.(3)由液相吸附法得到的介孔活性炭的分维也近似为2.可能的解释是,活化作用改变了原始炭的微孔结构,使其成为介孔和大孔.介孔活性炭也可是低分维表面.     

以陶瓷纤维为基材的硅胶吸附材料的制备与性能

以陶瓷纤维纸为基材，经水玻璃浸泡，絮凝剂沉积，盐酸调节pH值得到陶瓷纤维基硅胶吸附材料：探讨水玻璃浓度、絮凝剂浓度，盐酸浓度等条件对硅胶吸附剂吸附性能的影响：采用扫描电镜(SEM)，多孔介质孔隙分析仪揭示吸附材料的表面形貌、比表面积及孔径大小。实验结果显示：当水玻璃浓度为26．67wt%，絮凝剂浓度为15wt％，盐酸浓度为0．5mol／L时，吸附剂具有较好的吸附性能：硅胶能较好分散在纤维表面及其空隙中，BET比表面积为347．4m^2／g，总孔容为0．20295cm^2／g，其中，微孔所占比例为50．54％，平均孔径为，微孔0．4939nm，中孔3．907nm。