磷酸活化木聚糖、纤维素和硫酸盐木质素合成碳的理化性质
摘要
对商品木聚糖、纤维素和硫酸盐木质素在不同工艺条件下活化生产活性炭的理化性质的研究结果表明，前体在酸性条件下反应活性越高，孔隙率越容易发展，尤其是形成中孔。此外，博姆滴定和傅里叶变换红外光谱表征结果表明，这些碳表面的官能团由温度敏感组分和温度不敏感组分组成。温度敏感组分主要是由原料在低浸渍比及低温酸性条件下水解以及活化过程中活化混合物与氧的反应形成的，这些表面基团在高温下分解。温度不敏感组分主要由磷酸(或焦磷酸和多磷酸)与前体反应产生的含磷基团和含羰基基团组成，这部分表面官能团即使在高活化温度下也是稳定的。本研究还证实了前体的性质、浸渍比以及活化温度是影响活性炭产品性能的重要因素。
关键词:活性炭；磷酸活化；孔隙度；表面化学；傅里叶变换红外光谱
- 介绍
活性炭因其广泛的表面积、高度的表面反应活性和良好的孔径分布而成为一组多功能吸附剂。活性炭产品的生产可分为两种方法:物理法和化学法。与物理加工相比，化学活化由于其较低的活化温度和较高的碳产品收率而得到广泛应用。最常用的化学活化剂是磷酸，但氯化锌也可用于相对小规模的生产线。从经济和环境的角度来看，磷酸更好的加工方法，因为其活化与物理活化(gt;850℃)相比，活化温度相对较低(通常在400-500℃左右)，并且磷酸可以回收利用。此外，由于酸性表面基团的存在，活性碳吸附已被证明是从水相中去除低浓度重金属离子的高效方法。磷酸活化产生的碳的一个独特性质是它们表现出显著的离子交换能力；并且这种容量在酸性和碱性溶液中都是化学稳定的，也是热稳定的。
磷酸法活化碳质前体，如木材和胡桃壳，长期以来一直用于工业生产活性炭。在过去的几十年中，由于农业木质纤维素废料的低成本和高可用性，磷酸活化方面已经做了许多工作，磷酸活化煤或木质纤维素材料孔隙发育和活化机理的重要研究成果也有报道。
近期发表了一些关于不同天然木质纤维素材料在多种条件下磷酸活化生产活性炭性能的研究结果。为了使由木质纤维素材料通过磷酸活化制备的活性炭的性能适合不同的应用，必须定性和定量地理解木质纤维素前驱体的组成和活化条件对最终活性炭产品物理化学性能的影响。还没有明显的研究报告比较木聚糖、纤维素和硫酸盐木质素在不同条件下通过磷酸活化生产的活性炭的性质。因此，在本研究中，碳是由木聚糖、纤维素和硫酸盐木质素(木质纤维素材料的主要成分)在不同条件下通过磷酸活化制备的(磷酸与前体的浸渍比和最终活化温度)。通过氮吸附、博姆滴定、傅里叶变换红外光谱和电感耦合等离子体表征了所得碳的物理化学性质，研究了活化参数对不同前驱体碳性质的影响。
2.实验
2.1 .前体
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