摘要：本文綜述了近年來運用于大氣監(jiān)測中的吸附劑的研究現(xiàn)狀及進展，對幾種常用的吸附劑材料進行了機理分析，并對未來的研究方向進行了展望。

關(guān)鍵詞：吸附劑 大氣監(jiān)測 活性炭 硅膠 分子篩

1 吸附劑簡介

吸附劑一般具有大的比表面、適應(yīng)的孔結(jié)構(gòu)及表面結(jié)構(gòu)；對吸附質(zhì)有強烈的吸附能力；一般不與吸附質(zhì)和介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，制作方便便于再生，有良好的機械強度等特點，主要能夠有效地從氣體或液體中吸附在某些成分中的固體物質(zhì)。我們還可以根據(jù)吸附劑自身存在的特點，將其按孔徑大小、顆粒形狀以及化學(xué)成分和表面極性等進行分類，分成四種新的吸附劑，如粗孔或細孔的吸附劑，粉狀、粒狀和條狀的吸附劑，碳質(zhì)和氧化物吸附劑以及極性和非極性吸附劑等。筆者常用的吸附劑主要是以碳質(zhì)為原料的各種活性炭吸附劑，主要有硅膠、活性炭和樹脂吸附劑、分子篩以及活性氧化鋁等，其中，活性炭是一種多孔性固體，比表面積大，吸附力比硅膠、氧化鋁都強，屬于非極性的吸附劑。我們衡量吸附劑主要指標的時候，主要是根據(jù)其在不同氣體雜質(zhì)的吸附容量、磨耗率以及比表面積和抗壓碎強度等方面的主要表現(xiàn)。

2 大氣監(jiān)測吸附劑應(yīng)用現(xiàn)狀

大氣環(huán)境監(jiān)測主要針對大氣環(huán)境中污染物濃度所進行的觀察、分析其變化以及對環(huán)境影響測定的一個總的過程。其中大氣污染所要監(jiān)測的就是對大氣中污染物的種類以及濃度所進行的測定，并觀察其時空分布和變化的規(guī)律。其中，對大氣監(jiān)測出的分子污染物主要有硫氧化物、氮氧化物、臭氧、一氧化碳以及碳氫化合物等。而顆粒狀污染物主要有灰塵粒、懸浮粒、飄塵以及酸沉降等。我們通常是根據(jù)一個地區(qū)的規(guī)模、大氣污染源等分布情況和氣象條件以及地形地貌等因素，對所規(guī)定的項目做定期的監(jiān)測。

吸附劑在大氣監(jiān)測中的運用主要體現(xiàn)在大氣采樣階段。采集大氣最主要的方法是使大量空氣通過液體吸收劑或固體吸附劑，以吸收或阻留污染物，把原來大氣中濃度較低的污染物富集起來，如抽氣法、濾膜法。而使用固體吸附劑最為常見。

常用的固體吸附劑有顆粒狀吸附劑和纖維狀吸附劑兩種。常用的顆粒狀吸附劑有硅膠、素陶瓷等，用于氣態(tài)、蒸汽態(tài)和顆粒物的采樣；纖維狀吸附劑有濾紙、濾膜、脫脂棉、玻璃棉等，吸附作用主要是物理性的阻留，用于采集顆粒物。有時吸附劑先用某種化學(xué)試劑浸漬處理，使污染物同它發(fā)生化學(xué)作用而被吸附，主要用于采集氣態(tài)或蒸汽態(tài)污染物。

吸附劑是吸附技術(shù)中的關(guān)鍵因素。目前我們常見的吸附劑主要可以分為無機吸附劑和非極性或極性的各種高聚物吸附樹脂。但是因為各個吸附劑的結(jié)構(gòu)形貌等都不相同，就會導(dǎo)致吸附劑的性能存在很大的差別，尤其是在吸附材料的選擇上甚至選擇，因為吸附材料的好壞將會直接影響到吸附性能。

3 幾種常用吸附劑的性能分析

下面對幾種常用的吸附劑，活性炭、硅膠、碳分子篩的吸附能力從機理及改性方面進行分析。

3.1 活性炭 活性炭的種類多種多樣，我們可按其外觀形狀，將其分為粉狀活性炭、顆粒活性炭、活性炭纖維和蜂窩狀活性炭等；按原料來源劃分，可將其劃分為木質(zhì)活性炭、礦物質(zhì)原料活性炭和其它原料制成的活性炭等。

周春何等人對無機吸附劑活性炭和沸石分子篩進行測定，主要采用的是Micromeritics ASAP2020C型吸附儀，測定方面主要包括比表面積、微孔表面積、外表面積、孔容和微孔容面積等。我們采用BEI方法對這些測定面進行計算。測定面計算的結(jié)果就顯示活性炭比表面積最大為（935.56m2/g），其次為NaY（818.42m2/g），ZSM-5的比表面積最小為373.81m2/g。我們從微孔比表面積和外比表面積的分布，不難發(fā)現(xiàn)，活性炭和沸石分子篩都有著十分豐富的微孔比表面積，這些都能夠表明出這兩類吸附劑都有著發(fā)達的吸附微孔。從孔體積分布不難看出，微孔體積就相對要豐富一些，而且結(jié)果也相符合。

表面的化學(xué)組成也是影響活性炭吸附性能的一個重要因素，該因素主要是影響著活性炭的酸堿性和潤濕性以及吸附選擇性方面的，進而造成的吸附特性也是各不相同的。

3.2 硅膠 一般而言，我們可以將硅膠按其性質(zhì)分為兩大類，即有機硅膠和無機硅膠。按其組成形狀，我們又可以分為擠出硅膠和模壓硅膠兩類。

無機硅膠是吸附材料中相對高活性的材料，通常使用硅酸鈉和硫酸反應(yīng)，并經(jīng)過一系列老化、酸泡等化學(xué)后續(xù)處理后制成的。因為硅膠屬于非晶態(tài)物質(zhì)，其化學(xué)分子式為mSiO2·nH2O，是一種不溶于水和任何溶劑的物質(zhì)，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，無毒無害，只有和強堿以及氫氟酸等進行強烈反應(yīng)。因為硅膠的型號眾多，因此每種型號的硅膠制造方法也各不相同。而硅膠的化學(xué)組成部分和物理結(jié)構(gòu)，就決定了它具有許多其它類材料難以取代的高吸附性能、熱穩(wěn)定性好以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、有較高的機械強度等特點。

有機硅膠是一種有機硅化合物，是指含有Si-C鍵、且至少有一個有機基是直接與硅原子相連的化合物，習(xí)慣上也常把那些通過氧、硫、氮等使有機基與硅原子相連接的化合物也當作有機硅化合物。其中，以硅氧鍵（-Si-O-

Si-）為骨架組成的聚硅氧烷，是有機硅化合物中為數(shù)最多，研究最深、應(yīng)用最廣的一類，約占總用量的90%以上。

硅膠已成為當前空氣干燥凈化領(lǐng)域最廣泛研究的對象之一。但硅膠在吸附性能及耐熱性能等方面需要加強。因此，必須尋找有效的硅膠改性方法。

將硅膠浸泡到鹵鹽溶液中得到復(fù)合硅膠吸附劑，由于鹵鹽對水分子的親合性能，可改善硅膠的除濕性能。Aristov等開展了由多孔硅膠和氯化鈣所組成的雜化吸附劑的性能研究。Zhang等將傳統(tǒng)硅膠轉(zhuǎn)輪材料和鹵素鹽復(fù)合制得硅膠/鹵鹽復(fù)合干燥劑等。由于硅膠表面鹵素離子的存在，易產(chǎn)生腐蝕以及無法解決深度除濕等問題。利用分子篩和硅膠吸附劑各自吸附特性，對其進行有機復(fù)合，制備了硅膠/分子篩復(fù)合物，可顯著改善其吸附性能。

3.3 分子篩 分子篩是一種具有立體晶格的硅鋁酸鹽化合物。也具有均勻的微孔結(jié)構(gòu)，分子篩的孔穴直徑的大小相對均勻，這些孔穴相比其直徑小的分子將會吸附到孔腔的內(nèi)部，并對極性分子和不飽和的分子都具有優(yōu)先吸附的能力，因而能將兩者根據(jù)分子大小及沸點的不同進行“篩分”分子作用，故稱作是分子篩。但是因為分子篩具有較強的吸附能力和熱穩(wěn)定性能力，這是其他吸附分子所不具備的特點，就使得分子篩獲得廣泛認可和應(yīng)用。

現(xiàn)在應(yīng)用最多的分子篩材料多為孔分子篩。多孔分子篩作為重要的無機材料，主要是因為其具有獨特規(guī)整的孔道及其可調(diào)用的結(jié)構(gòu)特征，而被廣泛應(yīng)用于酸堿催化、吸附和離子交換等方面。近些年，隨著分子催化、光反應(yīng)、納米化學(xué)以及電化學(xué)和生命科學(xué)等領(lǐng)域的迅速發(fā)展。這些材料在大分子的吸附和催化方面都比我們預(yù)期的更具廣闊的應(yīng)用前景，但是其合成和應(yīng)用的工作還處于起步的階段。

分子篩材料分為微孔分子篩、介孔分子篩、微孔介孔復(fù)合分子篩。我們根據(jù)制造介孔所用的不同方法，可以將微孔分子篩制備方法分為脫鋁法、脫硅法和熱處理法等三種。而對介孔分子篩的主要處理是對其進行改性，提高其水穩(wěn)定性和催化活性。由于微孔分子篩和介孔分子篩存在一定的局限性，就需要我們克服兩者的局限性，使二者能夠得到互補，研究者還開發(fā)了雙重孔結(jié)構(gòu)的符合分子篩，這種分子篩具有微孔和介孔雙模孔分布，而且孔徑和酸性均可進行調(diào)整，我們要想提高整體復(fù)合材料的物化性能，就可以將這兩種材料的優(yōu)勢進行互補和協(xié)同作用。

4 結(jié)論及展望

隨著工業(yè)的發(fā)展，大氣污染越來越嚴重，大氣監(jiān)測對環(huán)境保護的重要性也越來越大。合理選擇吸附劑能極大的提高大氣監(jiān)測的準確性和效率。本文通過分析目前幾種常用的吸附劑的研究應(yīng)用現(xiàn)狀，展望了未來吸附劑的研究發(fā)展方向。

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作者簡介：劉磊（1986-），男，四川南江人，現(xiàn)為助理工程師，研究方向：環(huán)境科學(xué)與工程。