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活性碳材料等離子處理提高吸附性能

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：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、豐富的孔結構和可調的表面化學性質，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間化學鍵反應引起的化學吸附。活性炭/活性碳纖維一方面利用其豐富的孔結構及高比表面積促進污染物分子進入其內部孔道，實現物理吸附;另一方面利用其表面化學官能團與吸附質發(fā)生電子轉移，形成新的化學鍵，從而實現化學吸附。一般來說，活性炭/活性碳纖維對于不同吸附質的物理吸附性能相差不大，但由于吸附質本身的化學性質差異較大，從而導致化學吸附性能大相徑庭。所以，對活性炭/活性碳纖維表面的化學性質進行調控，以適應不同的污染物吸附，成為活性炭/活性碳纖維改性的主要目的。

諸多研究認為，碳吸附材料的表面化學改性能產生含氧官能團(如羧基、羥基、酸酐、醌基、羰基、醇基等)和含氮官能團(胺基、酰胺基、酰亞胺基、吡咯基、吡啶基)，這些基團對活性炭/活性碳纖維的吸附性能產生重要影響，不僅能解決濕環(huán)境下吸附劑吸附能力下降的問題，還能提高對特定污染物的吸附能力或降低脫附要求。碳材料的化學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

等離子體是物質的第四態(tài)，它呈現出高度激發(fā)的不穩(wěn)定態(tài)，產生大量的活性粒子，包括離子、電子、原子和分子。在碳材料等離子體改性過程中，可以向等離子體反應器引入背景氣體，在表面形成不同的官能團，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構，更重要的是通過背景氣體在等離子體場中分解出的活性粒子與活性炭發(fā)生反應，從而改變碳材料表面的化學官能團，最終實現化學改性。

針對不同的吸附質，等離子體改性方法能夠靈活的對碳材料進行氧化或還原改性，從而提升其特定的吸附能力。針對極性及易溶于水的有機物，增加親水性官能團，如:羧基(－COOH)、羰基(－C=O－)、羥基(－OH)、醛基(－CHO)等;而針對非極性及難溶/不溶于水的有機物，增加疏水性官能團，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構略有變化，而化學性質顯著變化。活性炭表面的羧基和酚羥基明顯增加，酸性含氧基團濃度大大提高，從而使活性炭和有機分子之間π－π和氫鍵作用增強，提升其吸附能力。