活性炭成分主要是碳，此外還有少量的化學(xué)結(jié)合元素和灰分化學(xué)結(jié)合元素主要是因?yàn)榛钚蕴吭谔蓟熬蜌埩粼谔贾校曳质腔钚蕴康闹匾獰o機(jī)成分，然而正是因?yàn)檫@個(gè)成分才會(huì)在活性炭，造成二次污染，所以需要非常小心。
活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)
在活性炭液相吸附或活性炭作為催化劑載體的過程中，不僅碳表面的化學(xué)特性對(duì)吸附性能有明顯影響，活性炭的化學(xué)特性對(duì)其吸附性能也有重要影響。目前，關(guān)于活性炭表面化學(xué)的報(bào)道越來越多
活性炭的吸附特性不僅取決于其孔結(jié)構(gòu)，還取決于其表面的化學(xué)性質(zhì)，這決定了活性炭的化學(xué)吸附。化學(xué)性質(zhì)主要取決于表面化學(xué)官能團(tuán)、表面雜原子和化合物的類型和數(shù)量。不同表面官能團(tuán)、雜原子和化合物對(duì)不同吸附質(zhì)的吸附有明顯差異。因此，對(duì)活性炭表面化學(xué)結(jié)構(gòu)進(jìn)行化學(xué)修飾，使其吸附具有更高的選擇性具有重要意義。
活性炭的表面官能團(tuán)一般分為含氧官能團(tuán)和含氮官能團(tuán)。含氧官能團(tuán)主要包括羧基、酚羥基、羰基、內(nèi)酯基和環(huán)狀過氧基，而含氮官能團(tuán)可存在于兩類酰胺基、鄰苯二甲酰亞胺基、乳胺基、吡咯類吡唑類嘧啶基，等。
活性炭表面化學(xué)改性技術(shù)
表面官能團(tuán)是活性炭的活性中心，直接決定活性炭表面的各種化學(xué)性質(zhì)。但表面官能團(tuán)的性質(zhì)與原料和活化直接相關(guān)方法。因此，只要原料或活化方法得到改善，活性炭的性能就可以改變。
表面氧化改性
技術(shù)人員在特定的溫度環(huán)境下使用強(qiáng)氧化劑處理活性炭，以確保活性炭，表面有更多的氧酸性基團(tuán)，使其表面極性更強(qiáng)，零點(diǎn)的酸堿度更低。在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)活性炭表面極性越強(qiáng)，其吸附效果越好。
目前，用于活性炭，表面氧化改性的原料很多，其中硝酸、H2O2和HCIO較為常見。一位學(xué)者用硝酸做實(shí)驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn)，硝酸氧化處理后，活性炭表面的吸附能力有所提高，尤其是對(duì)三鹵的甲烷，有學(xué)者用硝酸、HCIO等原料進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，硝酸處理活性炭表面不僅明顯增加了酸性基團(tuán)的數(shù)量，而且使活性炭表面的微孔結(jié)構(gòu)明顯坍塌。但用HCIO對(duì)活性炭表面進(jìn)行測試后發(fā)現(xiàn)，氧基團(tuán)數(shù)量明顯增加，但微孔結(jié)構(gòu)沒有明顯變化，比表面積沒有太大變化。
另外，還有很多學(xué)者使用不同的方式對(duì)活性炭表面氧化進(jìn)行了改性試驗(yàn)，均得到了相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
表面還原改性
測試技術(shù)人員使用還原劑在特定溫度環(huán)境下進(jìn)行表面還原改性測試。如果試驗(yàn)成功，活性炭表面將對(duì)非極性物質(zhì)有明顯的吸附性。這主要是由于還原劑的應(yīng)用，使得活性炭表面原有的堿性基團(tuán)數(shù)量明顯增加。堿性基團(tuán)越多，活性炭，表面的非極性越強(qiáng)，因此活性炭表面對(duì)具有非極性特征的物質(zhì)更敏感。
有學(xué)者用H2測試，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用H2后，活性炭表面的氧酸性官能團(tuán)數(shù)量明顯減少，變成CO2、CO等物質(zhì)，從活性炭，表面分離出來，使氧酸性官能團(tuán)數(shù)量明顯減少，而堿性官能團(tuán)數(shù)量增加。一些學(xué)者使用氨水和苯胺作為還原劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。發(fā)現(xiàn)這兩種還原劑改性后，活性炭表面負(fù)電荷基團(tuán)的非極性吸附能力明顯增強(qiáng)。這主要是因?yàn)榘彼捅桨肥菢O性物質(zhì)，能與活性炭發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，受熱后表面孔隙半徑明顯增大，使離子會(huì)進(jìn)入進(jìn)入間隙，增加表面電負(fù)性，進(jìn)一步提高活性炭表面的非極性吸附能力。
表面酸堿改性
目前，活性炭，在使用過程中存在品種少、技術(shù)水平低等問題。功能性活性炭，很少，但這些問題可以通過酸堿改性得到有效解決。
目前，硝酸、H2O2、HCIO和檸檬酸被技術(shù)測試人員廣泛使用。一些學(xué)者選擇硝酸和氫氧化鈉-氯化鈉混合物作為酸堿改性劑。經(jīng)過兩次表面酸堿改性后，活性炭澤表面的吸附速度和吸附容量明顯加快。
表面等離子體修飾
傳統(tǒng)活性炭表面堿性官能團(tuán)的引入主要是通過氨水浸漬和高溫脫氧方法。近年來，研究表明，在氧氮等離子體和CF4等離子體修飾的活性炭表面引入含氧、氮和氟的官能團(tuán)在一些特殊領(lǐng)域效果顯示出良好的應(yīng)用。
有學(xué)者利用低壓O2/N2等離子體對(duì)商品煤基活性炭進(jìn)行表面改性，發(fā)現(xiàn)活性炭經(jīng)P-O2改性后，碳表面引入了大量含氧官能團(tuán)。隨著活性炭，表面改性強(qiáng)度的提高，P-N2改性后的活性炭表面含氧酸性官能團(tuán)逐漸減少，含氮官能團(tuán)逐漸增多，從而得到富含硝基、胺基和酰胺基的活性炭。在相同功率下，用P-O2改性的活性炭燃燒損失率高于用P-N2改性的。在P-O2改性過程中，活性炭燒損率隨著等離子體功率的增加而增加，而在P-N2改性過程中，活性炭燒損率隨著等離子體功率的變化有一個(gè)峰值：在低功率范圍內(nèi)隨著功率的增加而增加，在高功率范圍內(nèi)隨著功率的進(jìn)一步增加而減小。
一些學(xué)者研究了遠(yuǎn)程等離子體對(duì)活性炭纖維的表面改性，發(fā)現(xiàn)電子離子對(duì)樣品的刻蝕效應(yīng)在遠(yuǎn)程區(qū)等離子體中受到抑制。活性炭纖維經(jīng)遠(yuǎn)程等離子體表面改性后，表面含氧官能團(tuán)增多，堿性染料結(jié)晶紫的吸附性能增強(qiáng)。在放電時(shí)間、放電功率和放電壓力不變的情況下，從放電區(qū)到遠(yuǎn)程區(qū)40cm，經(jīng)P-N2處理的活性炭纖維的吸附能力明顯增強(qiáng)，超過遠(yuǎn)程區(qū)40cm后，活性炭纖維的吸附能力基本穩(wěn)定。當(dāng)放電壓力、放電功率和放電距離一定時(shí)，隨著放電時(shí)間的增加，活性炭纖維表面產(chǎn)生更多的自由基，表面酸性增強(qiáng)，堿性染料結(jié)晶紫的吸附能力增強(qiáng)。
結(jié)束語
綜上所述，可以看出活性炭經(jīng)過表面改性后吸附性能會(huì)更好，能夠更好的滿足實(shí)際需要，但是這些改性的好壞效果主要取決于改性原料的選擇是否合理，所以改性劑的選擇很重要。在未來的應(yīng)用過程中，活性炭的表面改性將是實(shí)驗(yàn)研究的重點(diǎn)。中國學(xué)者和專家需要進(jìn)一步研究。
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