氨水濃度對果殼活性炭結構及性能的影響

活性炭因其特殊的多孔表面結構及化學特性，能有效吸附氣體、有機色素及膠態物質等，被廣泛運用于化學工業、食品工業和環境保護等領域。果殼活性炭材料來源廣且經濟耐用，但由于其孔徑分布不均勻，比表面積較小，需要對其進行改性處理。通常，活性炭改性可分為物理法、化學法以及物理化學聯合法。目前關于化學法改性主要有氧化改性、還原改性、負載金屬改性、酸堿改性、電化學改性和負載雜原子及化合物改性等方式。本文通過利用氨水對果殼活性炭進行化學還原改性,探究不同氨水濃度對改性后活性炭的表面形貌、比表面積及吸附效果的影響。 果殼活性炭 一、實驗材料和方法 1、實驗材料 顆粒果殼活性炭；苯酚(C6H5OH)，分析純；氨水(NH3)，分析純。 2、實驗方法 取一定量的顆粒果殼活性炭放入燒杯，加入適量的去離子水。放置在數顯恒溫水浴鍋中煮沸2h，之后用純水沖洗3次后，置于100℃烘箱中烘干，取出后進行密封處理備用；稱取一定量預處理后的果殼活性炭放人燒杯中，分別用5%、10%、15%、20%的氨水浸泡，將其在磁力攪拌器上攪拌2h，再用去離子水將上述活性炭沖洗至pH值達到7為止，然后在100℃恒溫干燥箱中干燥24h，即可得到經氨水改性后的果殼活性炭。 3、測試表征 采用美國FEI Nova Nano SEM450場發射掃描電鏡觀察不同氨水濃度下改性后的果殼活性炭(以下簡稱GAC)表面形貌；通過美國ASAP 2020型比表面積及孔徑分析儀進行測量，利用低溫(77K)氮氣吸附法測定固體樣品的比表面積、孔隙率和孔徑分布等參數；稱取(10±0.0005)g改性活性炭置于燒杯中，加入100mg/L的苯酚溶液，置于磁力加熱攪拌器攪拌3h，然后用UV-2600型紫外分光光度計測定溶液中苯酚的吸收值，以考察其吸附效果的差異。 二、實驗結果與討論 1、氨水濃度對 果殼活性炭表面形貌的影響 改性前，果殼活性炭表面有較多碎屑，部分碎屑直接填充在孔洞里面，如圖1(a)。在5%氨水改性后。活性炭表面碎屑明顯減少并發生內凹，出現大量溝槽，這些溝槽里又分布著大量孔洞，這些孔洞是微晶碳被不斷燒失，新舊隙頻繁交替的產物，而且分布比較均勻，孔徑約為1.1um，如圖1(b)。隨著氨水濃度提高到10%，改性后的活性炭表面雜質進一步減少，溝槽呈明顯的均勻分布，孔洞邊緣形貌更為清晰，孔徑大小均勻性較5%氨水改性樣品稍差，可以看到“孔中帶孔”的現象，孔洞并不完全通透，里面還有一層孔洞，可明顯增加活性炭的比表面積，如圖1(c)。而在15%氨水改性后，活性炭表面形貌及結構發生顯著改變。堿性增強后溝槽遭到更嚴重的腐蝕，結構幾乎消失，而孔洞則呈均勻分布，孔徑明顯減小，約為0.9um，如圖1(d)。經過20%氨水改性后，內凹加深，重新獲得較為完整的溝槽結構，孔洞分布較為均勻，尺寸則進一步變小，約為0.6um，如圖1(e)。出現上述現象主要是由于氨水對果殼活性炭表面有一定的腐蝕作用，能腐蝕活性炭表面的孔壁。在一定范同內，隨著氨水濃度的增加，果殼活性炭表面的腐蝕程度不斷加強，所得到的溝槽結構隨之發生變化。