吸附净化是活性炭应用的最重要方面,如对经过生物发酵或者合成技术生成的食品、药品和保健品的脱色精制有机溶剂和油品油气的回收和纯化,饮用水和废水净化处理,突发的化学品(如松花江污染)或重油(油船泄漏)对江河水源污染的吸附急救等方面。同时,活性炭的热惰性和化学惰性使得其具有良好的再生性能,可以循环使用,降低运行成本,节约资源。
活性炭作为多孔吸附材料,比表面积、孔容积和孔径尺寸是影响吸附性能的重要因素。活性炭的孔径分布决定了活性炭可吸附物质的尺寸。高比表面积活性炭的孔径大都集中在微孔(r<2nm)范围内,对吸附气相和液相中的小分子相当有利。但是,当吸附质是聚合物、染料、单宁酸和维生素等大分子量物质的时候,只有中孔(2 nm50nm)可以允许这样的大分子进入。根据经验,气相吸附应以微孔结构为主(微孔容积占总孔容积的70 %~90),且孔径分布集中;用于废水处理、食品脱色、催化剂载体、血液净化、溶剂回收等领域时,活性炭要含有较多的中孔(中孔容积占总孔容积的50 %~70 % ),以保证对大分子吸附质尽快达到吸附平衡。因此,根据专业应用要求,准确调控活性炭材料的孔隙结构,制备具有特定用途的活性炭是现代科学、工业、技术的需要,具有重大研究和应用意义。
本研究以椰壳、果壳为原料,调制孔径分布均一的活性炭孔结构为对象,研究讨论了低浸渍比KOH制备超高比表面积微孔活性炭的制备方法;较系统的研究了无活化剂热解自活化法、催化炭化法、聚合物沉积法定向调抓活性炭微孔结构的工艺;研究了催化氧化法和物理一化学联合活化法对活性炭中孔结构进行定向调控的工艺;探讨了控制条件对有序孔结构的影响和调控机理;开展了孔径规整分布型活性炭的几种功能性应用。
开展这些工作,探明了果壳基活性炭孔结构定向调整手段的可行性,设计工艺过程方便控制、清洁环保,易于产业化实现。为解决我国目前活性炭生产缺乏定向调控手段,产品孔径分布较散、专一性应用不强、活性炭分子筛成本过高等问题,实现孔结构定向调控制备孔径分布集中有序的功能活性炭材料,满足现代科技工业对活性炭性能的专业需求,提供了一些新的路径和思路,有利于推动我国由活性炭世界第一生产大国发展成为世界活性炭应用强国。