等離子體改性處理對碳基材料吸附性能的影響

文章出處：等離子清洗機廠家 | 深圳納恩科技有限公司| 發(fā)表時間：2022-08-12

碳基材料尤其是活性炭，由于其發(fā)達的孔隙結構而被廣泛應用于吸附領域。而為了進一步提高其吸附性能，許多研究者運用各種改性方法對其進行了改性研究，其中用等離子體改性的應用研究也比較活躍。研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)等離子體改性后，由于產(chǎn)生許多的化學活性位點，所以導致碳基材料對吸附質的化學性吸附的影響比較明顯。經(jīng)氮氣、氧氣或其他改性氣氛處理后，碳基材料不論是對金屬離子、大分子有機物還是氣體分子的吸附能力都會有很大的提高。在氧氣條件下，用等離子體改性過的顆粒活性炭吸附銅和鋅離子，經(jīng)過試驗表明，其吸附性能有了明顯的提高。這種現(xiàn)象不是由于物理結構的改變所致，而主要是由于顆粒狀活性炭表面醚氧和羰基氧的增多所致。在氦氣和氧氣條件下，用等離子體改性過的活性炭吸附金屬離子的研究中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過氦一氧等離子體改性后，活性炭上生產(chǎn)很多的酸性基團(如一C00H)，而活性炭對金屬離子的吸附主要是金屬離子和酸性基團上氫離子的交換過程，如式(1)所示。

M_n⁺+n(-COOH) ?(一COOH)_nM+nH⁺ （1）

當然，不是所有氣氛條件下的等離子體改性碳基材料后對其吸附性能都有促進作用，因為不同的處理氣氛對活性炭的比表面積和表面的化學結構的影響是不一樣的。分別用氮氣和氧氣等離子體對粒狀活性炭進行改性研究，通過實驗發(fā)現(xiàn)經(jīng)氧氣等離子體處理后,活性炭對五氯苯酚的吸附量得到了提高，而經(jīng)氮氣等離子體處理后活性炭對五氯苯酚的吸附量明顯減少。通過表征分析發(fā)現(xiàn)，氧氣處理后的活性炭比表面積會增大，表面的含氧基團增加;而經(jīng)氮氣等離子體處理后比表面積有所減少，表面的含氧基團會減少，這就導致了兩種樣品吸附量的不同。

對于等離子體改性對碳基材料吸附性能的影響，目前的研究主要集中于改性前后對單一吸附質吸附量的影響，而對于改性后對雙組分或多組分吸附質吸附量的影響的研究甚少，對多組分之間的競爭吸附的影響更是少見報道。而就目前研究現(xiàn)狀來看，對單一吸附質吸附過程的研究中也還存在很多空缺。如碳基材料經(jīng)等離子體改性后，其對單一吸附質的吸附速率的影響如何?這種吸附對壓力和溫度等因素的敏感程度怎么樣?改性前后的憎水性吸附和親水性吸附的影響如何?對吸附質的選擇性吸附能力有什么影響?因此等離子體改性碳基材料對其吸附性能的研究同樣存在著很多欠缺之處，很多相關研究有待開展。雖然等離子體對碳基材料的改性主要集中在表面，但還是有不少的研究發(fā)現(xiàn)，等離子體改性對碳基材料的比表面積及其結構也會有一定的影響。