活性炭材料的活化与改性蒋文举金燕朱晓帆钟本和江霞（四川大学建筑与环境学院，成都610065）性对不同物质的吸附性能，对活性炭进行活化和改性处理，能进一步满足各种特殊用途的要求。本文概述了活性炭的各种活化和改性处理技术。
活性炭作为一种吸附催化材料，己在化工、石油、轻工、食品、环境保护、国防等诸多领域得到广泛应用，它的性能是由其孔隙结构和表面化学性质两方面决定的。大部分关于活性炭气相吸附的研究表明，活性炭的孔形态（表面积和孔径分布）是影响的主要因素，其表面化学特性不显著，而对活性炭的液相吸附或活性炭作为催化剂载体炭表面的化学特性对吸附性能产生显著影响。
活性炭的表面特性由两方面来决定：制备方法（主要是活化工艺）和后处理技术（主要是表面改性技术）。活性炭的纯碳晶体表面是非极性的，因此有利于吸附非极性化合物。但如果通过工艺控制及后处理方法，加炭表面的非碳元素基团，或添加进不同化学成分，使活性炭表面改性，活性炭能同时吸附极性化合物，与相应的化学成分起化学反应或催化作用，因而能进一步适合各种特殊用途的要求。因此，根据活性炭的表面特性对不同物质的吸附性能，调整活性炭的孔隙结构，对表面基团进行改性，对提高活性炭的特殊性能和特定吸附催化作用具有十分重要的作用和意义。
1活性炭的表面特性1.活性炭的孔结构活性炭的孔隙结构是指孔隙容积、孔径分布、表面积和孔的形状。活性炭的孔径分布范围很宽，孔的形状也多种多样。通常把半径r<2nm的孔叫微L2 不同孔径的孔在吸附催化过程中发挥的作用有所不同。大孔的内表面积可以发生多层吸附，但它在比表面积中所占比例很小。大孔容积一般为活性炭中常常成为吸附质分子的通道。中孔既是吸附质分子的通道、支配着吸附过渡，又在一定相对压力下发生毛细管凝结，它对大分子的吸附有着重要的作用，孔容一般为0. 20*70m2/g.微孔是吸附作用最大的，它对活性炭吸附量起着支配作用，微孔容积一般0.2*0.6cm3/g，比表面积几百至几千m2/g.在吸附（分离）操作中，吸附剂的孔径与吸附质分子或离子的几何大小有一个匹配问题。只有吸附环境污染治理技术与设备3卷质分子或离子能进入和充填的孔隙才是有效孔隙，根据资料报道：对吸附剂利用率最高的孔径和吸附质分子直径的比值为1.7―3，对需要重复再生的吸附剂这一比值为3 12活性炭的表面化学特性活性炭表面化学组成的不同对活性炭的酸碱性、润湿性、吸附选择性、催化性及导电性等产生影活性炭表面含有多种官能团：酸性官能团、中性官能团和碱性官能团。活性炭表面所含的氧，大多以氧官能团的形式存在，这也是活性炭最主要的活性基团，可分为强酸基、弱酸基、酚羟基、羰基等4组。表面氧化物赋予活性炭弱极性，强或扩大了活性炭的催化性能，改变了炭对有机物、无机物的吸附选择性。如：苯酚在活性炭上的吸附量随活性炭上的酚羟基数量的加而减少，苯甲酸的吸附量则与活性炭表面上的酸性基团总量有关。炭的表面不仅可以和氧结合，而且还可以和其他元素如S、H、Cl等结合，以含硫、氢、氯的官能团存在。 2活性炭活化技术通过原料选择、活化介质、温度、时间等反应条件的调整可在一定程度上控制活性炭的内部孔结构及大小分布。对于用作催化剂载体的活性炭，要求其具有较多的中孔或大孔，而对于能选择吸附某些分子的活性炭，则希望其具有大小均一的特定孔径。 活性炭的活化技术分为物理法和化学法。 物理活化是指碳原料的炭化及炭化后采用水蒸气及二氧化碳等活化剂活化，气体活化反应的实质就是碳的氧化反应。由于碳化物的表面受到侵蚀是使炭化物的细孔结构更加发达的过程，因此，要形成好的活性炭结构必须烧去大量的内部碳。活化反应温度为800―1000 *C.在气体活化时，重量减少率可以作为活化度的标准。通常，高活化温度能导致微孔加而不加总孔体积，低温形成的中孔较多，活化时间的加易形成微孔，高水蒸气分压则阻止微孔的发展。 化学活化将含碳物料与不同的化学药品均匀混合或浸渍，在一定温度下经过炭化和活化，并回收化学药品后得到活性炭。常用的活化剂为碱或碱土金属以及部分酸，如：ZnCl2，H3PO4，KOH，NaiC3，K2SOAK2S等，主要碳化物是木屑、泥炭、褐煤因而可以提高活性炭收率，且可降低炭化活化的温度至600―700*C.不同活化剂及其用量使化学活化法在制备不同孔径分布及不同表面化学特性的活性炭方面变得更加自由。 在活化过程中主要是通过不同温度及气氛来控制不同表面氧化物的生成，对于吸附酸性化合物，要求活性炭具有较多的碱性表面氧化物，而富于酸性表面氧化物的炭更易于吸附碱性化合物。在活化过程中添加大量的KOH之类的碱具有较好催化活化作用。 3活性炭的表面改性制备方法在调整活性炭微结构方面具有一定的局限性，为了使活性炭具有特殊性能和用途，通常采用后处理技术对活性炭孔隙结构进行调整，对表面基团进行改性，主要方法有表面氧化处理、添加活化溶剂、碳沉积技术、高温处理技术、低温等离子技术等。 3.1表面氧化处理通过对活性炭表面进行一系列化学和物理处理，调节活性炭表面含氧官能团种类及数量，调整表面酸碱性和极性，可以显著强活性炭的吸附选择性能力。 目前对活性炭表面改性主要集中在通过氧化提高表面酸性基团上，特别是通过HNO3的氧化。3.4高温处理活性炭的碱性主要是由于酸性含氧基团的缺失，因此，可以通过在不同气体中加热活性炭的方法去除表面氧而获得碱性特性。 3.5低温等离子技术低温等离子技术既能改变活性炭表面化学性质又能控制材料的界面物性，在活性炭材料的表面处理方面显示出独到的优势。低温等离子体作为一种非热平衡等离子体，其绝大多数粒子的能量足以破坏材料表面的旧化学键而形成新键，从而赋予材料表面新的特性。利用微波等离子体加热处理活性炭，可以在短时间内处理大活性炭的比表面积，微小附着物从活性炭微孔周围被除去，加炭表面的凹凸程度，提高活性炭对各种有机化合物（苯、甲苯、醋酸乙脂及二硫化碳）的吸附能力古可隆。活性炭的应用（一）。林产化工通讯，1999 2范延臻，王宝贞。活性炭表面化学。煤炭转化，2000，8李开喜等。SO2在球状活性炭上的吸附转化研宄。煤炭11谭小耀。改性活性炭低温催化脱除H2S的研宄。石油化12吴明铂，郑经堂，王茂章。炭分子筛概述。炭素技术，1997（6）：19―24 14刘军利，古可隆。高温处理对活性炭孔隙结构的影响。林产化学与工业，1999，19（3）37―40 15―弓。活性炭的微波低温等离子体处理及其表面性能。等离子体应用技术快报，1999，（5）16―17 16邱介山。低温等离子体技术在炭材料改性方面的应用。新型炭材料，2001，16（3）58―63
