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  • 气态污染物吸附材料研究
    气态污染物吸附材料研究
           吸附法去除气态污染物,操作简单、费用低、可回收气态污染物,得到广泛应用。吸附法最核心的部分即是吸附剂的选择,拥有大吸附量的吸附材料是吸附法去除与回收气态污染物的关键。
    目前研究最多的吸附材料主要分为三类:活性炭(纤维)类、分子筛类和其它类。
     
    (1)活性炭(纤维)的原料为木材、重质石油、煤、木屑、果壳等,活性炭纤维则以酚醛类、聚丙烯腈类、纤维素类、沥青类等高分子有机物为原料。活性炭即以相应的原料在物理的或化学的方法活化后制得,一般都具有较大比表面积、表面丰富的官能团、发达的空隙结构等。活性炭的物理活化法即在约600℃温度下先将原料炭化,然后在800至1200℃的范围内通入水蒸汽或二氧化碳使其与炭化物发生反应形成相应的孔结构。化学活化法是把氯化锌、磷酸、氢氧化钾、碳酸钾等与原材料混合后直接活化制得相应的活性炭。
    活性炭气态污染物吸附剂的主要研究是活性炭表面改性。活性炭表面化学改性方法主要分为四类:酸碱改性,氧化改性,还原改性和负载改性。酸碱改性即用相应的酸、碱溶液浸泡等手段使活性炭表面官能团发生改变。气态污染物吸附研究中活性炭改性用到最多的方法即为酸碱改性法,研究人员通过将活性炭浸渍在乙酸、硝酸、盐酸、硫酸、磷酸、氢氧化钾和氢氧化钠中进行酸碱改性,并研究改性后对苯、甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇和异丙醇的吸附性能。通过改变浸渍液浓度发现1wt%的磷酸溶液改性活性炭拥有最好的吸附能力;研究还发现该改性活性炭潜在的重复使用能力很强。研究人员发现通过对活性炭进行酸、碱交替浸渍改性的方法,不仅可以提高活性炭的比表面积,而且可以增加活性炭的苯吸附量。氧化改性是利用氧化剂对活性炭表面官能团进行氧化处理,从而使表面含氧官能团数量增加。
     
    (2)分子筛多数以硅、铝、氧等元素组成,通过硅氧四面体、铝氧四面体及共用氧形成网状结构,进而形成有规律的宏观孔状结构。当然,该类也包括天然沸石,但实际上天然沸石种类相对较少,多数都是人工合成的分子筛。分子筛作为气态污染物吸附剂的研究主要是通过对分子筛的合成、改性来提高其对气态污染物的吸附量。
    分子筛在气态污染物吸附应用上常用的改性方法主要有:硅烷偶联剂法,表面活性剂改性法和金属引入法。
    硅烷偶联剂法的研究相对较多。研究人员通过硅酸四乙酯与硅烷偶联剂共沉淀的方法使得分子筛表面有机化,使用了两种硅烷偶联剂,分别在分子筛表面接入甲基与苯基。动态吸附试验表明苯基分子筛对苯的吸附能力要高于甲基分子筛。
    表面活性剂法也是分子筛表面改性的常用方法,也可与硅烷偶联剂法相结合。研究人员用多种阳离子表面活性剂对分子筛进行表面改性并检测其对乙烯的吸附。实验证实使用苯基三甲基溴化铵改性的Y分子筛能够增强对乙烯的吸附。通过表征发现改性后的比表面积和微孔比表面积有所减少,但孔结构未发生明显改变。
    金属引入法通过多种手段将金属元素引入到分子筛结构中,如合成过程中加入金属元素、负载、离子交换、机械附着等。研究人员通过离子交换对分子筛进行了改性,使用了Ⅰ族元素中钾、铷、铯的相应盐溶液进行离子交换。改性后对分子筛的晶性没有明显改变,比表面积有所减少,但孔容、孔径未发生明显改变。
     
    (3)其它类:除去以上两大类吸附剂外,某些其它类型材料的吸附特性也受到人们的关注,用于气态污染物吸附的主要有如下几种:粘土类矿物原料、有机高分子材料、碳素材料等。
    粘土类矿物原料:研究发现气态污染物吸附特性受吸附质分子本身的横截面积、极性、汽化焓和临界体积的影响较大,制备成的粘土吸附剂对脂肪烃类化合物的亲和性要大于对苯类化合物的亲和性,该现象可能由最高占据分子轨道能所造成。
    有机高分子材料:研究人员以超交联聚苯乙烯为吸附剂,苯和氯苯为气态污染物代表物研究了其对气态污染物的吸附性能。其对苯和氯苯的平衡吸附能力类似于商用颗粒状活性炭,研究中还测试了其对单种气体和两种气体混合气的穿透吸附能力。
    碳素材料:研究人员通过氧化插层法制备了膨胀石墨并用表面活性剂进行了表面改性,所得材料用于甲醛的吸附测试。研究发现改性时表面活性剂的浓度、改性温度和时间会影响最终吸附材料对甲醛的吸附效果。
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