活性炭吸附甲基硫醇

活性炭吸附甲基硫醇，本期文章研究了活性炭表面改性對甲基硫醇在N2中吸附的影響。活性炭的改性通過用HNO3/H2SO4溶液處理，在Ar中熱處理和吸附十六烷胺來進行。酸處理后的活性炭提高了甲基硫醇的吸附量，與原始活性炭相比，吸附量隨HNO3/H2SO4溶液中H2S04的比例增加。該結果表明酸處理形成的酸性基團與甲基硫醇的硫醇基之間的氫鍵在甲基硫醇在活性炭上的吸附中起作用。

甲基硫醇是一種高度臭氣和揮發(fā)性化合物，向大氣中釋放，空氣中極少量的甲基硫醇(最低氣味閾值：約5 ppm)都會使我們感到不舒服。甲基硫醇在空氣中的去除對我們舒適的生活非常重要。為了從空氣中除去甲硫醇，活性炭被廣泛用作有效的吸附劑之一。在活性炭的這些應用中，甲硫醇被物理或化學吸附在活性炭上。通常，活性炭對有機化合物的吸附很大程度上受孔隙特征如孔徑，分布，形態(tài)和表面性質的影響。由于甲基硫醇分子尺寸較小，表面特性在孔隙特征中被認為在甲硫醇的吸附中起重要作用。另一方面，據(jù)報道，甲硫醇氧化為二甲基二硫化物發(fā)生在干燥/濕空氣中具有官能團如羧基的活性炭表面。

甲硫醇在活性炭上的真實吸附。參考活性炭的表面改性，已經(jīng)了解到羧基和氨基的引入以及無官能團活性炭的制備。研究了HNO3或H2O2處理活性炭表面羧基的引入。氨基的引入通過各種方法進行，例如，硝酸/H2SO4混合物形成的硝基的還原和氣態(tài)氨處理。另一方面，大多數(shù)官能團通常在Ar或N2下通過熱處理消失。從這些觀點來看，在這項工作中，我們通過酸處理，熱處理等方法研究了活性炭表面改性的影響。和胺化合物在甲硫醇在N2中的吸附的吸附。

實驗條件：在N2中使用210ppm的甲硫醇作為甲硫醇氣體。活性炭的制備，活性炭通過碳化隨后活化制備。用蒸汽進行活化。用HNO3/H2SO4溶液進行活性炭的酸處理。將1克活性炭在100立方厘米HNO3/H2SO4溶液中在室溫下攪拌0.5小時。過濾分離經(jīng)過處理的活性炭，并在超聲條件下用去離子水洗滌數(shù)次，直到水的pH值達到5以上。然后將活性炭在100℃空氣中干燥12小時，在150℃下真空干燥1小時。用HNO3，HNO3/H2SO4(1/1比例)和HNO3/H2SO4(1/3比率)處理的活性炭分別表示為AC-At(1.2.3)。胺化合物對活性炭的改性通過十六胺的吸附來進行。將活性炭浸入十六烷胺/乙醇溶液中并在室溫下攪拌30分鐘。然后過濾分離活性炭并在室溫下真空干燥2小時。由4×10-6和3.3×10-5摩爾m-3十六胺溶液制備的活性炭分別表示為AC-Am(1.2)。活性炭(AC-Ht)的熱處理在Ar氣氛中在600℃下進行2小時。

圖1.酸處理的活性炭的N2吸附/解吸等溫線：開放：吸附，閉合：解吸。

測量BET比表面積通過獲得的N2吸附/解吸等溫線確定。根據(jù)BJH方法進行中孔比表面積和尺寸分布的估計。通過滴定法估算活性炭上酸性基團的量。甲基硫醇的吸附通過分批方法進行。將20mg活性炭置于由聚甲基丙烯酸甲酯制成的0.85×10-3 m 3的圓柱形容器中。將容器壓力降至1mmHg以下后，將N2中的甲硫醇加入容器至大氣壓。甲硫醇的吸附量由甲硫醇的濃度隨時間的變化確定。通過氣相色譜法測定甲硫醇的濃度。

實驗中的活性炭具備高度微孔并且有高達2600m 2 / g的高BET比表面積。在酸處理的活性炭的情況下，BET比表面積隨著H2SO4在HNO3/H2SO4溶液中的比率而降低。假定活性炭的碳多孔結構被HNO3/H2SO4溶液的強氧化作用破壞，并且未檢測到微孔。另一方面，由于十六胺的吸附，活性碳的十六烷胺處理大大降低了BET比表面積。通過滴定法估算的活性炭上的酸性基團的量。用HNO3/H2SO4溶液處理碳表面產(chǎn)生大量酸性基團，在HNO3/H2SO4溶液中隨著H2SO4比例的增加，酸性基團的量增加。AC-At(3)的每單位表面積的酸性基團比未處理的活性炭高約10倍。據(jù)推測，加入H2SO4會增強活性炭的氧化效果。另一方面，活性炭中酸性基團的量隨著Ar中的熱處理而降低。活性炭的碳表面上的酸性基團應該在高溫下在惰性氣體中分解。通過元素分析估算的活性炭上吸附的十六烷胺的量隨著水溶液中十六烷胺濃度的增加而增加。圖2顯示甲基硫醇在活性炭上的吸附作為時間的函數(shù)。吸附在原始活性炭和熱處理活性炭上的甲硫醇的量在初始時間隨時間增加并達到平穩(wěn)值。甲基硫醇在熱處理活性炭上的吸附量低于活性炭。甲硫醇在物理上例如通過分散力吸附在熱處理過的活性炭表面上。另一方面，吸附在酸處理的活性炭和十六烷基胺吸附的活性炭上的甲硫醇的量隨時間增加。在酸處理的活性炭的情況下，在用于處理的HNO3/H2SO4溶液中，隨著濃度的H2SO4，甲硫醇的吸附增加。由于在HNO3/H2SO4溶液中活性炭的酸性基團的量隨著H2SO4的濃度而增加，甲硫醇的吸附量應該受到酸性基團的影響。

圖2.甲基硫醇在活性炭上的吸附。

活性炭吸附在干濕條件下空氣中氧氣對甲硫醇氧化為二甲基二硫醚的催化作用。然而，在這項工作中，甲硫醇的吸附在干燥的N2中進行。因此，甲硫醇的羧基與硫醇基之間的氫鍵而不是甲硫醇的氧化的其他因素應被認為在提高甲硫醇的吸附性方面起作用。此外，據(jù)報道，通過在活性炭表面引入氮氣，甲硫醇的吸附/氧化增加。然而，吸附在十六烷胺吸附的活性炭上的甲硫醇的量遠低于酸處理的活性炭。據(jù)推測，這歸因于未處理活性炭的表面積低于酸處理后活性炭的表面積。