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银杏活性炭的孔隙结构与孔径分布
作者:管理员    发布于:2017-12-23 14:02:46    文字:【】【】【

  活性炭是一种重要的优良吸附剂,具有高度发达的孔隙结构和巨大的比表面积,广泛应用于化学、轻工、食品和石油等工业的脱色、去臭、净化及吸附能力与孔隙结构密切相关,比表面积和孔容积的大小是影响吸附性能的重要因素。一般而言,活性炭的比表面积、孔容积越大,其吸附能力就越强。

  作为吸附剂的活性炭,吸附剂的孔径与吸附质的分子直径具有一个合适的匹配关系,吸附剂的孔径分布越集中,产品的性能就越好111.孔径大小不同的孔隙,能吸附分子大小不同的物质。不同活化方法与活化因子对木质活性炭的结构和吸附性能都有明显的影响。为了研究银杏活性炭的微观结构特点,分别采用显微镜观察法和静态液氮吸附法,研究了以银杏木材为原料制得的活性炭的孔隙结构及孔径分布的特点与情况,现将研究结果分析报道如下。

  基金项目:国家林业局948项目“银杏果用优良无性系及栽培技术引进”(2008-4-05)和国家林业局公益项目“银杏叶和外种皮加工产业―)女,浙江金华人。硕士研究生,讲师,主要从事经济林栽培与利用的研究。

  通讯作者:曹福亮(1957―)男,江苏姜堰人。教授博士研究生导师,主要从事经济林栽培与利用的研究1试验材料与方法试验材料以20年生银杏枝桠木材为原料制得的无定型颗粒活性炭为试验材料。

  1.2试验方法采用荷兰PHILIPS公司生产的型号为SEM-505的环境扫描电子显微镜(SEM)观察银杏活性炭的表面形态。

  米用美国micrometc仪器公司生产的ASAP2020型全自动比表面积及孔径分布测定仪,用液氮作吸附质,进行静态液氮吸附法的测定。

  2结果与讨论扫描电子显微镜观察到的结果银杏活性炭的扫描电子电镜(SEM)图如所示。从中可以清楚地看到,活性炭内表面很光滑,无沉积物,少量的白点是活化过程中部分碳燃烧生成的灰分。纹孔已被完全打开,看不到纹孔内层膜原料中的有机物及炭化过程中形成的焦油等沉积物均被除去,被其他物质分解生成的无定形碳等物质堵塞或封闭的孔隙在活化期间由于同活化剂的反应也被打开,并排除掉了那些堵塞物质。

  这是活化过程中产生孔隙的一种过程,就是原来闭塞孔的开放。另外,经过活化,表面的碳和活化剂发生反应而被烧蚀,同时一些孔壁也被气化且与之相融合而形成更大的孔。还有一些孔是某些结构经选择性活化而产生的新孔121.活性炭上孔隙的排列整齐均匀,中的这些孔隙都是大孔(半径>),微孔的半径<2nm,至少要在10万倍以上的透射电镜下才能看到。

  倍活性炭扫描电镜(SEM)。2活性炭的比表面积及孔径分布情况2.2.1比表面积及孔容积在一195644°C温度下用氮气吸附法进行吸附狈赋,测定的银杏活性炭的孔隙结构参数与孔径分布情况如表1和表2.不同计算方法和测定方法得出的结果有一定的差异。由表1可知,银杏活性炭具有发达的孔隙结构,其总比表面积和孔容积总值都较大。比表面积和孔容积的大小是影响吸附性能的重要因素。一般情况下,活性炭的比表面积、孔容积越大,其吸附能力就越强。根据IUPAC的孔大小分类法141,微孔半K2nm,过渡孔半径为2~50nm,大孔半>50nm.由表2可知,除有发达的微孔以外,还存在着大量的中孔,这是因为在活化过程中,微孔在活化剂(水蒸气)的作用下逐渐被扩宽,孔径不断增大,因而形成了较大的孔隙。活化过程中,由于加入的炭料量比较少,活化得比较彻底,所以得到的中孔比较丰富。不同孔径的孔具有不同的吸附机理151:大孔是活性炭中吸附质分子的通道,通过它才能进入到吸附表面,分子运动的通道是否通畅,对吸附速度的影响较大;中孔既是吸附质分子的通道,支配着吸附速度,又在一定的相对压力下产生毛细凝结现象(指吸附剂所吸附的蒸气在其微孔中凝结的现象)有些不能进入微孔的分子则在这里被吸附,所以中孔对分子的吸附有重要作用;活性炭中吸附作用大的是微孔,它对活性炭的吸附量起支配作用。

  表1不同理论方法计算测定的银杏活性炭的孔隙结构参数孔结构参数单点平均孔径比表面积孔容积孔隙半径表2不同理论方法计算测定的银杏活性炭的孔径分布情况孔隙半径或容积总值孔容积百分比孔容积百分比孔隙半径250孔容积总值2.2.2吸附等温曲线是银杏活性炭的氮吸附脱附等温线。由于活化程度很高,比表面积大,故吸附量相当高。吸附量随着压力的增大而迅速上升,吸附速率很1时。P/P.超过01后,随着相对压力的增大吸附量仍继续增加,但上升趋势变缓,故其吸附平台并没有呈水平状,而是有一定的斜率,并在较高分压处出现拖尾现象和之后回环且孔。在等温线的起始部分主要发生微孔填充,相对压力增大时发生多层吸附,随后又在较高的分压下发生了毛细凝聚现象,所以表现为吸附量随着相对压力的增大而不断上升14. 2.2.3孔径分布曲线采用BH独立圆筒孔模型法,由吸附脱附等温线数据得到各样品的孔径分布曲线如所示。是按BH吸附等温线测得的孔径分布曲线。回环比较宽这是由于活性炭样品中揠富的中在孔径分布曲线上只在孔径为2nm处出现了一(一个高峰,而且在孔径2 ~5nm处的分布强度和分布集中度均较强。作为吸附剂的活性炭,其吸附剂的孔径与吸附质的分子直径具有一个合适的匹配关系,吸附剂的孔径分布越集中,产品的性能就越好。炭素技术,2003,齐龙。国内活性炭应用的发展趋势。吉林林业科技,陈凤婷,曾汉民。几种植物基活性炭材料的孔结构与吸附性能比较――(I)孔结构表征。离子交换与吸附,2004王新征,李梦青,居荫轩,等。制备方法对活性炭孔结构的影响。炭术技术,2002袁晓红,姚源唐永良。活性炭吸附剂的孔结构表征。中国粉体技术,2000(上接第45页)崔晓阳。落叶松水曲柳幼林土壤有机磷的空间分布特点//崔晓阳,王清文。现代森林经营与资源利用研究。哈尔滨:黑龙江技术出版社,1994:209―张彦东。水曲柳落叶松混交林生长及种间营养关系的研究。北京:北京林业大学,1997.韩兴国。柠檬酸、葡萄糖和有机质对植物磷素吸收和土壤磷素形态的影响。植物生态学报,1996王静,丛日晨,王中华,等。不同供铁水平对油松幼苗光合特性的影响。河北农业大学学报,2010董社琴。氮钾锌肥配施对玉米地上部分养分的积累与分配的影响。山西农业大学学报:自然科学版,2005董振成。钙的生态功能及其在林业生产中的作用。山东林徐仁扣,季国亮。低分子量有机酸对可变电荷土壤中铝吸附的影响。土壤学报,2004宋金凤,刘永,崔晓阳。毛细管气相色谱法测定森林凋落物中的有机酸。林业科学2004赵雨森,王文波,徐金忠,等。毛细管气相色谱法测定凋落物淋洗液中的低分子有机酸。东北林业大学学报,201038(4):102-104.

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