关于亚甲基蓝在活性炭表面吸附投影面积σA的探讨

溶液吸附法测定活性炭比表面积是大学本科基础物理化学实验中一个较重要的实验.亚甲基蓝在活性炭表面的吸附符合Langmuir单分子层吸附,但按照实验教科书及文献介绍的溶液吸附法测定活性炭比表面积的方法,大量学生实验的测定结果比活性炭实际比表面积偏低很多.本文以BET表面吸附装置测定活性炭比表面积,再以溶液吸附法测定了亚甲基蓝在活性炭表面的最大吸附量Γ∞,计算了亚甲基蓝在活性炭表面吸附投影面积σA.结果表明亚甲基蓝在活性炭表面可能不是端基吸附,而是平面吸附,分子的投影面积σA应为1.35×10-18 m2.     

杉木活性炭吸附处理水溶液中的尼古丁

用不同孔径及化学性质的活性炭对尼古丁水溶液进行吸附研究. 以杉木屑为原料, 分别用氯化锌化学活化法和水蒸气物理活化法制备活性炭, 并分别命名为AC-Z和AC-H. 同时选用椰壳基商品活性炭作为对比吸附剂, 命名为AC-C. 采用比表面积孔径测定分析仪及Boehm滴定法对活性炭进行表征, 分别测定其比表面积、孔径分布和表面官能团含量. 吸附实验主要考虑吸附时间、温度和尼古丁溶液的初始浓度三个因素, 实验数据分析结果表明微孔有利于物理吸附的进行, 而表面酸性官能团及金属原子作为吸附活性位的作用更加重要. 由改变温度对各样品的吸附量影响也能说明活性位在吸附中的作用. AC-Z拥有较多的活性位, 温度变化时尼古丁的吸附量先升高后减小, 这主要是由于适合的温度能加快尼古丁分子的离解并促使其与活性位相结合, 而过高的温度会造成尼古丁分子动能增加, 导致分子间碰撞的机率和强度增大, 使吸附在活性炭表面的尼古丁分子脱落. AC-H和AC-C由较多的微孔和不同程度的活性位组成, 优先发生物理吸附, 并且伴随发生吸附剂表面分子团簇现象, 其吸附趋势与AC-Z相反. 动力学研究表明活性炭对尼古丁的吸附反应非常迅速, 并且符合准二阶动力学程模型. 各热力学参数ΔG⁰, ΔH⁰和ΔS⁰的计算结果表明吸附剂对尼古丁的吸附为吸热和自发性过程.AC-Z和AC-H的ΔH⁰值远低于AC-C, 说明吸附剂表面的活性位对尼古丁分子有强烈的吸引作用, 所以吸附相同数量吸附质分子所需的吸附热更小, 这也说明了活性位在吸附过程中发生作用.     

苯基键合活性炭的制备及对苯的吸附特性

以核桃壳为原料,氢氧化钾作活化剂制备了高比表面积活性炭,使用苯基三甲氧基硅烷对其进行表面改性,得到苯基键合活性炭。通过氮气吸附法测定了活性炭的比表面积及孔隙结构,使用X射线光电子能谱表征测定了苯基键合活性炭的表面结构及碳元素含量。采用Langmuir热力学方程、Freundlich热力学方程、Lagergren准一级、准二级动力学方程及D-R方程对苯基键合活性炭对苯的吸附等温线进行了拟合。考察了温度和采气流速对吸附效率的影响。结果表明,苯基键合活性炭的孔隙主要为微孔,比表面积达2800 m~2·g~(-1);苯基键合活性炭对苯的吸附符合Langmuir等温吸附模型和Lagergren准一级动力学方程,饱和吸附量为713. 89 mg·g~(-1),苯的特征吸附能为23. 495 kJ·mol~(-1);增加温度或采气流速均使活性炭对苯的吸附量减少。     

石油焦系活性炭的吸附脱硫

选取独山子石油焦为原料，以物理活化法制得比表面积达500m2/g～900m2/g的活性炭，进行吸附脱硫研究。采用酸氧化法对活性炭孔结构和微观孔径分布进行改性。酸氧化使活性炭表面酸性官能团含量明显增加，增加量约为原来的5倍。活性炭吸附脱硫性能随表面酸性官能团含量的增加而增大。理想的酸化条件是浓硝酸120℃氧化40min。通过静态吸附实验，活性炭吸附脱硫的最佳条件是，温度25℃，压力1.0MPa，静态吸附6h。最佳条件下吸附脱硫可使模型化合物硫的质量分数从137.9×10－6降至3.1×10－6。从活性炭孔径匹配考察可知，平均孔直径在0.8nm～2.1nm的活性炭对模型化合物硫的质量分数降低具有明显效果。     

活性炭纤维对挥发性有机物的吸附及其等温线的拟合

空气中挥发性有机化合物（VOC）严重危害人的身体健康,因而研究VOC的去除具有重要意义。本文研究了不同比表面积粘胶基活性炭纤维（ACF）对低浓度VOC,丁酮和苯的吸附,并用Freundilch方程和DR方程对吸附等温线进行了拟合。结果表明：当丁酮的浓度高于100ppm时,比表面积高的ACF吸附容量高;当浓度低于100ppm时,情形正好相反。在实验浓度范围,较高比表面积的活性炭纤维对苯的吸附表现出了较高的吸附容量。Freundlich方程和DR方程能很好地拟合吸附等温线。     

活性炭载体的超声波处理对钌/活性炭氨合成催化剂催化性能的影响

 利用超声波处理活性炭,并采用场发射扫描电镜、X射线能谱、N2物理吸附和CO化学吸附等表征手段,考察了超声波处理对活性炭表面形貌、化学组成、表面织构和催化剂钌分散度的影响. 以超声波处理的活性炭为载体,以钡和钾为助剂制备了一系列钌基氨合成催化剂,在10.0 MPa,10000 h-1和400 ℃的条件下进行了氨合成活性评价. 结果表明,超声波处理可有效除去活性炭表面的杂质,提高中孔比表面积占BET比表面积的比例. 超声波处理50 min的活性炭表面的杂质含量较低,中孔比表面积适中,以其为载体制备的钌基催化剂的活性较高,催化氨合成反应速率可达94.8 mmol/(g·h).     

活性炭纤维的分形孔径分布及对低浓度苯蒸气的吸附

在Jaroniec提出的J(x)分形孔径分布函数基础上提出了K(x)分形孔径分布函数, 并利用这2个函数对3种不同比表面积的活性炭纤维进行了表征; 通过非极性苯蒸气在活性炭纤维上的等温线与分形孔径分布的比较研究, 揭示了活性炭纤维的分形孔径分布与非极性苯在活性炭纤维上的等温线的关系.     

分子筛基NH3吸附材料的制备与性能研究

通过对分子筛原粉添加黏结剂,制备出了适宜作为吸附材料的成型分子筛颗粒.随后对成型分子筛颗粒进行活性组分的负载,并采用氮气吸附等温线对不同样品的比表面积和孔径分布进行了分析表征.通过考察样品对氨气的动态吸附能力,对活性组分的种类和含量进行筛选和优化,最终确定以质量分数为8%的H_2SO_4作为分子筛基氨气吸附材料的配比组成.通过与活性炭吸附材料的对比发现,在低湿度和高湿度2种条件下,分子筛基防护材料对NH3的防护性能均优于活性炭.     

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．     

活性炭的改性研究及对四环素的吸附

研究了改性对活性炭的物理化学性质及其对四环素吸附性能的影响。结果发现,硝酸氧化改性可增加活性炭表面的酸性基团,提高比表面亲水性,降低pHPZC值,同时也改变了活性炭的表面微观形貌。低温、低浓度硝酸氧化改性,增加了活性炭的比表面积,对四环素的吸附以物理吸附为主。高温氧化改性使得比表面积降低,酸性基团增加,且吸附容量与活性炭比表面积、表面总酸度呈一定的线性关系。