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活性炭發(fā)展及應(yīng)用
活性炭已廣泛被應(yīng)用在水質(zhì)凈化,氣體純化和一些化學(xué)制程上,其所依靠的便是巨大的比表面積和表面遍布微孔的特性.目前較新的應(yīng)為觸媒之支撐(supports),電池電極(battery electrodes),電容器(capacitors)和生醫(yī)(biomedical)等工程上,此用途之活性炭,不但需要更大的比表面積,更需要較多的中孔和大孔洞以提供通道,增加電離子或較大的雜質(zhì)滲透活性炭表面以進(jìn)入炭材中的速率 .Laine 等人在 1991 年利用 KNO3和二氧化炭當(dāng)做活化劑,成功的制造出具有較多中孔洞的活性炭, 1994 年時(shí)Molina-Saibo等人則利用連續(xù)活化法-使用二氧化炭將活性炭做物理性活化后再加入磷酸加以處理,目的是在改變熱裂解反應(yīng)程序,產(chǎn)生較少的炭氫化合物或氧化物,增加產(chǎn)率,減少孔隙堵塞,形成較多微小孔隙以增加吸附能力.Leboda 等人在 1998 年利用 ZnCl2 修飾活性炭以改變其孔洞體積,過(guò)程中活化劑之氯原子與炭材之氫原子結(jié)合,除去阻塞孔道之炭氫化合物,比表面積由400 增至2400 m2/g,且可獲得較多的中孔性質(zhì). 2000 年時(shí) Nakagawa等人在活性炭經(jīng)過(guò)氣體活化之后再利用二次活化法以制造出具有大量中孔洞的活性炭材. Zhonghua 等人在 2001 年則將物理和化學(xué)活化法結(jié)合在一起,先使用 ZnCl2 當(dāng)做化學(xué)活化劑進(jìn)行活化后再使用二氧化炭做物理活化,并可藉由調(diào)整活性炭原料和 ZnCl2 的比例以控制炭材的中孔洞分布,此方法成功的制作出中孔洞比例高達(dá) 70 % 的活性炭材.但以 ZnCl2 為活化劑,常被指出會(huì)造成環(huán)境污染問(wèn)題,而以 KOH 當(dāng)做活化劑較為符合環(huán)境清潔要求,所以Khezami 在 2006 年依 KOH 與原料之質(zhì)量比,使得活性炭比表面積由 1000 上升至 3000 m2/g.一般而言,化學(xué)活化法產(chǎn)生微孔比率較高,而氣體活化法,則以增加中孔洞體積較多.以上學(xué)者利用不同的活化方法以增加活性炭的比表面積及孔洞性質(zhì),使得活性炭的應(yīng)用范圍更加廣泛,在 2007年的文獻(xiàn)中,含有較大孔洞通道和比表面積的活性炭甚至被利用來(lái)當(dāng)作儲(chǔ)存氫燃料電池車的能源.活性炭雖然在 3000 年前就被人類發(fā)現(xiàn),但是截至目前,其表面積高和導(dǎo)電特性使得活性炭成為未來(lái)新興科技重要的材料,值得積極研究開(kāi)發(fā).
另一方面,活性炭表面的官能基雖然很復(fù)雜,但近年來(lái)已利用物理,化學(xué)和電化學(xué)等方法將其鑒定,甚至可以選擇在活性炭表面的官能基,所以許多學(xué)者希望可藉由改質(zhì)活性炭表面的官能基以加強(qiáng)活性炭對(duì)特定物質(zhì)的吸附能力. Figueiredo等人在 1998 年利用控制 HNO3 或 H2O2 ,使其在不同溫度,濃度或與活性炭接觸的時(shí)間下和調(diào)整O2 及 N2O 當(dāng)做活化劑的時(shí)間及濃度等條件,改變活性炭表面的炭,氫,氮及氧的組成比例. 2001年的文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)活性炭表面如果偏酸,對(duì)水中的氯仿及三氯乙烯之吸附能力會(huì)有下降的趨勢(shì),所以文獻(xiàn)中在700OC 的溫度下對(duì)活性炭的表面做熱處理以移除表面之部分官能基,使得活性炭對(duì)氯仿及三氯乙烯的吸附力增加,此種表面改質(zhì)對(duì)水質(zhì)凈化有正面的效果.2002年時(shí) Manuel 等人則利用硝酸,雙氧水,氨及熱處理以改變活性炭表面的酸堿性質(zhì)以吸附水中不同的染劑,文獻(xiàn)中也利用銅,鈷,鎳等金屬氧化物灌注在活性炭表面,以提升活性炭對(duì)氨的吸附量,以增加氣體吸附的效率.所以說(shuō)對(duì)活性炭表面做化學(xué)改質(zhì),是希望活性炭材可以吸附特定的雜質(zhì),如:染料,氨,氯仿及三氯乙烯等,經(jīng)過(guò)表面改質(zhì)的活性炭材不論是在水質(zhì)凈化,氣體吸附上皆可更具專一性且更有效率的移除特定雜質(zhì).
