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活性炭用高溫空氣氧化活化改變結構
有許多能制造活性炭的前體材料，作為吸附劑材料表現出顯著電位用于從廢水脫色處理。但是對于化學活化，原料或預碳化碳材料要用大量活化劑處理。該處理之后是通過高溫碳化以產生孔結構和除去化學試劑。制備過程需要大量的腐蝕性化學品，并產生有毒有害的廢水，導致各種環(huán)境問題。本次的研究是使用由軟木材質用簡單的方法結合空氣活化制造活性炭，不用任何化學試劑。通過各種表征技術評估空氣活化對活性炭的織構和其他表面特征的影響。
空氣活化炭的制備：采用簡便的水熱碳化方法結合空氣活化，以軟木為原料，制備功能性多孔富氧活性炭，不使用任何化學試劑。首先將軟木材料用水進行水熱處理，以生產水凝膠。隨后，在氮氣下在高溫中進行后碳化，以提高石墨化程度和多孔結構。通過元素分析測定，獲得的木質活性炭由89.8wt%的碳和6.1wt%的氧組成。為了產生增加的孔隙率并增加活性炭上的含氧官能團，所制備的碳在靜態(tài)空氣中在350℃至450℃的溫度下進一步熱氧化。在空氣活化過程中，相對揮發(fā)性的碳部分分解，在氧氣存在下形成氣態(tài)物質如CO，CO 2和碳氫化合物，用作膨脹介質，通過碳與氧反應產生氣孔。此外，還可以通過除去碳來形成許多孔。因此，使用無化學熱氧化同時形成功能性含氧物質。元素分析結果證實，活性炭顯示氧含量增加，功能氧基團隨著活化溫度的升高而增加。
活性炭活化后的表面形態(tài)：
在800℃碳化后，軟木材料呈蜂窩狀結構并具有明顯的褶皺。保留結構并且包含該結構的部分彼此緊密結合，看起來光滑。在350℃-450℃下空氣活化后，結構單元被分離形成薄片，這可歸因于細胞之間木質素的降解。活性炭呈現出層狀空氣氧化后的結構的。350℃和400℃活化的活性炭樣品表面相對光滑，在0.5-1μm的分辨率下未觀察到明顯的孔結構。當氧化溫度升至450℃時，活性炭的表面顯著變化并觀察到大量的孔。450℃活化樣品顯示出具有裂縫和空隙的粗糙表面。
活性炭在活化前后對染料的吸附容量比較：
我們提出的這種活化方法，通過使用軟木材料作為炭前體而無需任何化學活化方法就能制造具有大表面積和大量含氧基團的活性炭。在450℃的空氣氧化可以產生較大的表面積。空氣活化可以改善活性炭的表面性質，并且隨著活化溫度的升高，含氧官能團的含量增加。在空氣活化后，活性炭對染料的吸附增加。優(yōu)異的吸附可歸因于增強的孔結構和表面性質。表面積在提高空氣活化后碳材料的吸附能力方面起著次要作用，而表面性質的變化主要影響空氣活化后碳材料的吸附性能。這種適度的技術通過使用其他類型的原始生物質，例如竹子和硬木制成的活性炭具有分層孔隙和優(yōu)異的表面特性，可適用于吸附，儲能和轉化以及催化。
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