金屬負載活性炭的制備與應用技術研究進展

張文亮，秦凡凡，樊 星,李星星，李新燭

(咸陽職業(yè)技術學院能源化工研究所，陜西 咸陽 712000)

1 引言

活性炭作為一種優(yōu)質多孔炭材料，廣泛用于食品、化工、紡織、冶金、印染等工業(yè)部門以及農業(yè)、醫(yī)藥、環(huán)保、國防等諸多領域中，染料的脫色、精制、回收、分離、廢水及廢氣處理、飲用水深度凈化、催化劑、催化劑載體以及防護等各個方面都離不開活性炭的作用[1]。隨著科技的進步和經(jīng)濟的發(fā)展，對活性炭的需求量越來越大，尤其是近年來隨著環(huán)保要求的日益提高，對活性炭的使用要求也愈加嚴格。

由于活性炭具有發(fā)達的孔隙結構和可調的表面化學性質，越來越多的學者試圖對活性炭進行改性以提高其使用效果，常用的改性方法有物理法、化學法、金屬負載法等。本文從提升活性炭的使用效果出發(fā)，簡要的介紹了常見了活性炭改性手段，重點綜述了金屬負載活性炭的制備方法，旨在為活性炭行業(yè)利用效果的提升和可持續(xù)發(fā)展提供基礎。

2 活性炭的改性

現(xiàn)階段，傳統(tǒng)的活性炭在使用過程中普遍存在孔徑分布無序、比表面積不一、使用針對性不強等缺點[2]，而通過不同方法對活性炭進行改性，可以改善材料的孔隙結構和表面化學性質，提升其使用效果。活性炭改性常用的方法有物理法和化學法[3]。其原理和特點見表1。

表1 活性炭物理和化學改性

3 金屬負載活性炭的制備及應用研究進展

其中金屬負載法是采用浸漬、溶膠凝膠等方法使特定的金屬或金屬化合物以分子的形式負載至活性炭的表面及孔隙中，既優(yōu)化調整了孔隙結構，又對其表面化學性能進行了改善。更重要的是，當活性炭作為催化劑載體而使用時，不同金屬的負載會對有不同的催化用，所以，金屬負載活性炭的制備在活性炭的使用領域有著十分重要的意義和價值。

現(xiàn)階段大量的學者對活性炭的金屬負載改性做了研究。孟紅旗[4]等用溶膠凝膠法制備了負載Al3+、Zn2+、Ti4+、Fe3+的活性炭，研究了金屬類型、堿化度和焙燒過程對活性炭吸附去除單寧酸性能的影響。結果表明，金屬類型對吸附效果的影響不如堿化度顯著，各項因素的順序為：堿化度>中溫焙燒>金屬類型，吸附效果較改性前可提升17.28%～24.06%。李偉峰[5]等用浸漬法制備出了Cu/AC、Fe/AC、Ni/AC、Mn/AC四種負載催化劑，并將其應用于印染廢水的催化氧化處理過程，結果表明載銅活性炭催化的效果最好，當pH值為5～7，投加量6 g/L時，處理60min，COD去除率可達85%以上。王連生[6]等以酸堿改性后的活性炭為原料，在特殊的金屬鹽溶液中浸漬一段時間，制備出了適用于能處理ZPT生產(chǎn)廢水的負載活性炭。通過實驗可獲得95%的COD去除。汪昆平[7]用浸漬研究制備了負載鈀和銅兩種金屬的活性炭催化劑，兩種金屬原子比為1∶1、Pd負載量為1.2%、Cu負載量為0.72%(均為質量分數(shù))時，催化劑活性和選擇性最優(yōu)。胡明華[8]用浸漬法將稀土金屬鈰負載在活性炭上，并研究了其對印染廢水的處理以判定負載效果。結果表明，當鈰負載量為8 %時，吸附效果最好，其在焦化廢水、蘭炭廢水和制藥廢水的處理上也有望取得良好的效果。閆璐[9]以市售活性炭為原料，用浸漬法制備出了氧化銅負載活性炭，并研究其性能。結果表明，氧化銅負載活性炭與負載前相比，比表面積減小，平均孔徑增大，而且20%的CuO負載吸附劑活性較高，脫硫效果也最好。孫天宇[10]等基于活性炭改性技術，以ZnCl2為浸漬劑，以市售活性炭為原料制備出了負載氯化鋅的活性炭吸附材料。通過BET實驗可知改性后式樣的比表面積明顯下降，這是因為負載的Zn元素附著在活性炭上可能堵塞其孔道，而且這一下降趨勢隨著ZnCl2濃度的增加而增加。氨吸附性能測試表明當負載物濃度為21%時吸附性能最佳，平衡吸附量可達131.2 mg/g，但當負載濃度進一步增加時吸附能力反而下降。榆林學院高雯雯[11-12]等分別制備出了負載銅和負載鈰-錳活性炭，分別將其用作吸附處理焦化廢水和蘭炭廢水，經(jīng)負載改性后的活性炭吸附效果均優(yōu)于改性前，經(jīng)過多次循環(huán)使用，COD去除率仍保持在50%以上。

4 總結

活性炭因其巨大的比表面積和多孔結構是一種優(yōu)質的吸附劑和催化劑載體。不同種類的金屬負載至活性炭上能改變式樣的孔隙結構和表面化學性質，用于吸附過程和催化過程時能能促進分子間的結合效應，并能獲得更好的吸附和催化結果，同時對拓展活性炭的用途、提升其使用效果，具有很重要的現(xiàn)實意義，這也逐漸成為了活性炭領域的研究熱點和重點。