崔小琴 向明林 郭朝暉 屈葉青

(1 青海大學(xué)化工學(xué)院，青海 西寧 810016；2 湖南長嶺石化科技開發(fā)有限公司，湖南 岳陽 414012)

活性炭又名活性炭黑，主要由富含碳的有機(jī)材料(如煤、果殼、核桃殼、木材、椰殼等)經(jīng)炭化、成型、活化等工序轉(zhuǎn)換而成，主要成分除了碳以外還有氧、氫、金屬等元素。由于活性炭中微晶碳在結(jié)構(gòu)上是不規(guī)則排列細(xì)孔間的交叉連接，活化時(shí)碳組織會(huì)產(chǎn)生缺陷，因此它是一種多孔性物質(zhì)，具有孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大等特點(diǎn)[1-2]?；钚蕴扛鶕?jù)所使用原料、產(chǎn)品形狀和制備技術(shù)的不同，市場(chǎng)上大約有上千個(gè)品種。

吸附性能作為活性炭最主要的性能，其與活性炭表面的化學(xué)組成與孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)；其次是活性炭的催化性能，包括本身作為催化劑和催化劑載體，這與活性炭表面富含的含氧官能團(tuán)與孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)?；钚蕴啃阅艿陌l(fā)揮取決于表面化學(xué)性能和表面物理結(jié)構(gòu)性能特征，純凈的活性炭表面是非極性的，且吸附選擇性弱，但由于活性炭的原料及制備工藝等的不同導(dǎo)致活性炭表面的化學(xué)組成和孔結(jié)構(gòu)也各不一樣[1]。而要促使活性炭性能高效發(fā)揮，滿足各種用途要求，進(jìn)行預(yù)處理改性表面性能至關(guān)重要。隨著其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展必將對(duì)活性炭性能提出更高要求，這也將進(jìn)一步促進(jìn)活性炭預(yù)處理改性技術(shù)的發(fā)展。

近年來，通過改性劑以及不同物理法、化學(xué)法或物理化學(xué)聯(lián)合處理等方法對(duì)活性炭進(jìn)行表面性能的改性研究一直以來是人們研究的重點(diǎn)，也成為了目前活性炭研究中最普通、最有價(jià)值的發(fā)展方向之一。

1 活性炭本體性能

1.1 吸附性能

吸附性能作為活性炭最主要的性能，與其本身的孔隙結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和表面化學(xué)組成是密不可分的?；钚蕴烤哂蟹浅ＸS富的孔隙結(jié)構(gòu)，形成了活性炭巨大的表面積,使活性炭具有吸附氣體和液體分子的能力，因此活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)活性炭的吸附性能有非常重要的影響[1-3]；此外，活性炭表面的化學(xué)組成分子與吸附質(zhì)分子之間的相互作用力對(duì)吸附性能有一定的影響，其中對(duì)活性炭吸附性質(zhì)產(chǎn)生較大影響的化學(xué)基團(tuán)主要是含氧官能團(tuán)和含氮官能團(tuán)[3-7]?；瘜W(xué)吸附和物理吸附是吸附的兩種主要形式，化學(xué)吸附即單分子層吸附，吸附質(zhì)分子與活性炭之間形成表面化學(xué)鍵(共價(jià)鍵、離子鍵)，吸附質(zhì)呈單分子層分布，主要可除去一些金屬離子(或吸附某些金屬活性組分)和極性污染物；物理吸附主要是活性炭分子與吸附質(zhì)分子表面的相互作用力(如范德華力)，它能夠逐漸構(gòu)成多分子層吸附，對(duì)有機(jī)污染物能夠有效地吸附。當(dāng)某一吸附質(zhì)與活性炭的表面接觸時(shí)，究竟發(fā)生化學(xué)吸附還是物理吸附，或兩種皆有，這主要取決于活性炭的結(jié)構(gòu)及表面性質(zhì)、吸附質(zhì)的性質(zhì)和溫度等因素。

1.2 催化性能

活性炭催化性能主要包括本身作為催化劑和作為催化劑載體?；钚蕴看呋阅苤饕善淇紫督Y(jié)構(gòu)與表面含氧基團(tuán)決定，特殊的孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面是其作為催化劑以及催化劑載體的優(yōu)勢(shì)，而表面含氧基團(tuán)對(duì)催化劑活性組分的吸附以及活性組分分散度有著重要影響，且表面含氧量愈高酸性愈強(qiáng)，反之，表面氧含量愈低，堿性就愈強(qiáng)[1]?；钚蕴勘旧碜鳛榇呋瘎┑闹饕磻?yīng)有光氣的合成(氯氣和一氧化碳反應(yīng))、三氧化硫的合成(二氧化硫經(jīng)催化氧化)、2-苯基-2-甲氧基乙醇的合成(環(huán)氧苯乙烷和甲醇催化反應(yīng))等。活性炭作為載體，負(fù)載活性金屬組分形成的催化劑，可大大提高該催化劑的催化活性，特別是對(duì)于貴金屬催化劑可使少量的金屬組分高度分散在載體表面上增加催化活性，同時(shí)也可以改善其力學(xué)性質(zhì)。該系列催化劑主要用于加氫還原工藝，應(yīng)用廣泛的催化劑為Pd/AC和Ru/AC，其中Pd/AC催化劑主要反應(yīng)有鄰氨基苯酚、對(duì)氨基苯酚等乙醇做溶劑的催化加氫產(chǎn)品；3,5-二氨基苯甲酸、對(duì)氨基苯甲酸、間氨基苯甲酸、馬來酸、間氨基苯磺酸等水做溶劑的催化加氫產(chǎn)品；間苯二胺、鄰苯二胺、對(duì)苯二胺、異亞丙基丙酮等無溶劑催化加氫產(chǎn)品；卵磷脂、半胱胺、鯊烯、硝基苯胺、1,3-環(huán)己二酮、環(huán)己烷甲酸等催化加氫產(chǎn)品；Ru/AC催化劑主要反應(yīng)有羰基化合物加氫成醇(如丁醛的氫化、三氟丙醛的氫化、糠醛的氫化、丙酮加氫)、加氫芳香烴化合物(如苯加氫制環(huán)己烯)、葡萄糖加氫生成山梨醇、苯胺生成環(huán)己胺、芳香酮加氫生成芳香醇(如苯乙酮加氫)、氨合成工藝等。

2 活性炭預(yù)處理改性

2.1 表面物理改性

活性炭表面物理改性主要是通過物理和化學(xué)的手段來增加比表面積、調(diào)節(jié)孔徑及其分布，以達(dá)到改性活性炭表面物理結(jié)構(gòu)的目的。表面物理改性首先是在活性炭的制備過程中添加一定的活化劑進(jìn)行活化處理改性，活化劑包括氧化性氣體(如O2、CO2、H2O、空氣等)、堿金屬和堿土金屬的氫氧化物(如KOH、NaOH等)、無機(jī)鹽類(如ZnCl2、CaCl2等)以及一些酸類(如H3PO4)等；其次，可利用微波輻射技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加熱技術(shù)對(duì)其進(jìn)行物理改性。國內(nèi)多位學(xué)者均研究了微波輻射對(duì)活性炭表面結(jié)構(gòu)的影響，通過不同微波條件改性后的活性炭比表面積與總孔容略有減小，但微孔比表面積顯著增大，從而提高其吸附和催化性能[8-11]。

2.2 表面化學(xué)改性

活性炭表面化學(xué)改性主要是通過物理和化學(xué)的方法來改善活性炭表面官能團(tuán)，使其具有一定的特性(如極性、酸堿性等)，從而提高其吸附和催化性能，表面化學(xué)改性的同時(shí)一般都伴隨有物理改性。目前主要有氧化、還原、酸堿、微波和等離子體改性。

2.2.1 氧化改性

對(duì)活性炭進(jìn)行氧化預(yù)處理改性是目前活性炭預(yù)處理的主要手段之一，可以提高其表面的含氧官能團(tuán)數(shù)量，從而相應(yīng)地增加活性炭表面的酸性、極性和親水性，提高各組分在活性炭上的作用力、分散性和穩(wěn)定性，進(jìn)而達(dá)到提高活性炭吸附性能和催化性能的效果，常用的氧化劑為HNO3、H2O2、H2SO4、HClO和(NH4)2S2O8等中的一種或多種。

徐元元等[12]通過HNO3和H2O2對(duì)活性炭進(jìn)行氧化改性，改性處理后活性炭比表面積略有減少，孔容和孔徑明顯減少，這說明氧化處理破壞了活性炭孔結(jié)構(gòu)；HNO3改性的表面酸性官能團(tuán)含量明顯增加，H2O2效果不如HNO3，酸性官能團(tuán)主要為羧基、內(nèi)酯基和羥基，表面酸性官能團(tuán)的增多促進(jìn)了聚丙烯自身成炭能力，改善了殘?zhí)拷Y(jié)構(gòu)。文婕等[13]采用濃H2SO4、(NH4)2S2O8以及兩者的混合物分別對(duì)活性炭進(jìn)行了氧化改性，(NH4)2S2O8、(NH4)2S2O8和H2SO4聯(lián)合改性效果優(yōu)于H2SO4改性效果，前兩者改性后活性炭比表面和孔容明顯降低，表面羧基和內(nèi)酯基等含氧基團(tuán)顯著增加，對(duì)氮化物的吸附選擇性明顯高于芳烴萘，這可將其應(yīng)用于混合物的選擇性吸附脫雜。李立清等[14]分別用HNO3、HCl、H2SO4對(duì)活性炭進(jìn)行改性，HNO3改性劑比表面和孔容增大，HCl和H2SO4改性劑比表面和孔容均減少，但表面含氧基團(tuán)總量均增加，大小順序?yàn)镠NO3>H2SO4>HCl，對(duì)于甲苯和甲醇的吸附量HNO3和H2SO4優(yōu)于HCl。丁軍委等[15]和鄭超等[16]均用HNO3對(duì)用作載體的活性炭進(jìn)行了改性，分別制備了催化劑Pd/C和Ru/C，其改性后催化劑活性炭孔結(jié)構(gòu)性能變化不大，但表面酸性含氧基團(tuán)的濃度有了較大程度的增長，使活性炭的親水性得到提高，從而提高了活性金屬組分在載體活性炭上的分散性，增強(qiáng)了它們之間的作用力，進(jìn)而提高了催化劑的活性。Vinke等[17]采用HNO3和HClO對(duì)活性炭進(jìn)行改性，HNO3改性后活性炭表面酸性基團(tuán)大量大于HClO，但可能由于HNO3濃度過高，導(dǎo)致其微孔結(jié)構(gòu)塌陷，比表面積降低，而HClO微孔結(jié)構(gòu)和比表面積變化不大。范順利等[18]分別用HNO3、H2O2和(NH4)2S2O8處理活性炭。發(fā)現(xiàn)HNO3處理后活性炭表面含氧基團(tuán)含量增加較H2O2和(NH4)2S2O8處理大，但比表面與孔容后兩者較前者增加大，這應(yīng)該是采用了高濃度的HNO3(約63%)處理導(dǎo)致微孔孔隙結(jié)構(gòu)受到損壞所致。單曉梅等[19]用不同濃度的HNO3和(NH4)2S2O8對(duì)活性炭進(jìn)行了氧化改性，HNO3使表面含氧基的增加略大于(NH4)2S2O8，其中HNO3增加的是羧基，(NH4)2S2O8增加的是內(nèi)酯基和羥基，但高濃度HNO3(約56%)處理使表面積和孔體積降低，而低濃度HNO3(約28%)的處理使表面和孔容有所增加，(NH4)2S2O8的氧化改性對(duì)煤基炭的微孔孔徑分布有一定的影響，但椰殼炭的微孔孔徑分布幾乎沒有影響。

從目前活性炭氧化改性處理的研究狀況可知，HNO3改性處理的表面含氧基團(tuán)量增加最大，但較高的HNO3濃度會(huì)導(dǎo)致表面結(jié)構(gòu)損壞，且含氧基團(tuán)的過量增加也會(huì)導(dǎo)致吸附質(zhì)的聚集，特別是用其作為催化劑載體時(shí)，會(huì)引起活性金屬組分的聚集而影響催化活性。因此，在選擇氧化劑改性時(shí)，控制好氧化劑濃度以及氧化改性溫度和時(shí)間至關(guān)重要，使其在增加含氧基的同時(shí)減少對(duì)表面結(jié)構(gòu)的損壞。相比較而言，控制好恰當(dāng)?shù)腍NO3濃度改性活性炭優(yōu)于其他改性劑。

2.2.2 還原改性

活性炭的氧化改性主要是增加表面含氧基團(tuán)，提高表面極性和親水性，而對(duì)于疏水性物質(zhì)的吸附性能較差，還原改性是指在適當(dāng)?shù)臈l件下通過還原劑對(duì)活性炭表面官能團(tuán)進(jìn)行還原，減少含氧基團(tuán)，增強(qiáng)活性炭表面非極性，從而使其對(duì)非極性物質(zhì)和疏水性物質(zhì)具有更強(qiáng)的吸附能力，特別適應(yīng)于水中有機(jī)雜質(zhì)的吸附脫除，常用的還原劑有H2、N2、NH3和NH3·H2O等。

Manuel[20]和高尚愚等[21]采用高溫H2對(duì)活性炭進(jìn)行改性，改性后活性炭表面含氧官能團(tuán)減少，其在高溫下被分解成CO2、CO及水等低分子產(chǎn)物從活性炭上脫離，表面孔結(jié)構(gòu)影響不大，但其吸附性能提高。Grzegorz[22]、Biniad等[23]和范明霞等[24]的研究結(jié)果表明，活性炭經(jīng)高溫NH3處理后，減少了活性炭表面含氧官能團(tuán)含量，增加了含氮官能團(tuán)含量，零電荷點(diǎn)增大，從而增強(qiáng)了對(duì)非極性物質(zhì)的吸附，其表面孔結(jié)構(gòu)也有所變化，比表面積和孔容都有所增大，吸附效果明顯提高。方彥等[25]用N2和NH3對(duì)4種不同活性炭進(jìn)行表面改性，發(fā)現(xiàn)表面還原改性在一定程度上促進(jìn)了活性炭的孔結(jié)構(gòu)發(fā)育，增加了活性炭表面的堿性官能團(tuán)的含量含氧官能團(tuán)含量大幅下降，可以提高活性炭的吸附性能，其中木質(zhì)活性炭對(duì)苯的吸附性能提高明顯，且NH3改性比N2改性更能提高活性炭對(duì)苯的吸附性能。魏世航等[26]使用以0.1 mol/L NH3·H2O預(yù)處理的活性炭制備的BaCl2/AC催化劑，催化劑活性以及穩(wěn)定性明顯提高。蘇偉等[27]使用以NH3·H2O處理后的活性炭可增加一定的比表面和孔容，減少含氧基團(tuán)含量，可提高活性炭的吸氫能力。李開喜等[28]通過使用氨水作活化劑對(duì)瀝青基炭纖維進(jìn)行活化，制得了表面富含氮元素的活性炭纖維，活性炭纖維上含氮官能團(tuán)的引入，使得其脫煙氣中SO2的活性顯著提高。萬福成等[29]采用氨水和苯胺對(duì)活性炭改性，改性后消除了部分表面含氧基團(tuán)，增強(qiáng)了對(duì)Au的吸附能力。劉成等[30]對(duì)兩種活性炭進(jìn)行氨水改性表明，并非活性炭表面的疏水性越高越好，當(dāng)活性炭的疏水性過高時(shí)活性炭與水的親和性太差，難于置換活性炭孔隙內(nèi)的空氣，從而對(duì)溶解在水中的有機(jī)化合物的吸附效果變差。

對(duì)活性炭的還原改性尤其適應(yīng)于去除水中的有機(jī)物，其采用含N化合物的效果要優(yōu)于H2和N2。

2.2.3 酸堿改性

采用非氧化還原性酸堿處理活性炭，主要對(duì)活性炭表面起到一定的清洗作用，有利于去除活性炭表面的一些雜質(zhì)元素或離子，特別是金屬氧化物，減少這些物質(zhì)對(duì)活性炭性能的不良影響。同時(shí)，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)活性炭的酸堿性從而有利于性能的發(fā)揮。其主要的非氧化還原性酸堿改性劑為HCl酸和NaOH。

Albers[31]報(bào)道了用HCl酸處理的活性炭負(fù)載Pd/AC催化劑，經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)HCl酸處理的催化劑Pd顆粒很大，分布很不均勻、很粗糙，而經(jīng)HCl酸處理的催化劑Pd分布很均勻，顆粒大小分布范圍很狹窄，且在用其他原料制備的活性炭中也發(fā)現(xiàn)了同樣的規(guī)律，而顆粒大小分布范圍狹窄與催化劑的活性有著直接的聯(lián)系。李海紅[32]和聞人勤等[33]分別采用酸洗、酸洗+堿洗方法對(duì)活性炭進(jìn)行預(yù)處理，HCl酸洗以及HCl酸洗+NaOH堿洗使活性炭的比表面積增大以及微孔與中孔比例增加，從而改變活性炭的表面性質(zhì)，吸附性能亦隨之增加，其中HCl酸洗能更好地提高活性炭對(duì)小分子物質(zhì)的吸附能力，NaOH堿洗能增加活性炭對(duì)較大分子的吸附。

針對(duì)HCl酸和NaOH的較強(qiáng)脫雜質(zhì)降灰分效果，其可配合其他改性工藝對(duì)活性炭進(jìn)行改性處理。

2.2.4 微波改性

微波改性主要是利用微波功率、輻射時(shí)間和輻射溫度來調(diào)制活性炭表面結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)含量，其通常與N2和O2共同作用，使其表面官能團(tuán)含量發(fā)生變化，從而達(dá)到提高活性炭吸附性能和催化性能的效果。

鄭曉玲等[34]通過將活性炭在氮?dú)獗Ｗo(hù)下進(jìn)行微波處理后表明，其有效地脫除了非炭成分，提高了炭載體的穩(wěn)定性，制備的負(fù)載型Ru/AC催化劑不僅具有較高的Ru分散度，且在一定溫度范圍內(nèi)能夠防止金屬粒子燒結(jié)，從而使催化劑的活性和穩(wěn)定性明顯提高。江霞等[11]利用微波輻照技術(shù)在N2氣中對(duì)活性炭進(jìn)行改性表明，微波加熱提高了活性炭的吸附能力，微波功率和輻照時(shí)間是決定改性活性炭吸附性能的關(guān)鍵因素，且改性后表面酸性含氧基團(tuán)含量明顯減少，堿性基團(tuán)含量上升，比表面積與總孔容略有減小，但微孔比表面積顯著增大。李立清等[35]和沈嘉辰等[10]通過微波改性，其堿性基團(tuán)含量隨溫度增加而增加，微孔比表面積顯著增大，從而較大程度上提高了對(duì)各物質(zhì)的吸附量，特別是廢水中的有機(jī)雜質(zhì)的吸附。Jones等[36]在O2氛圍下對(duì)活性炭進(jìn)行微波輻射后發(fā)現(xiàn)其表面含氧官能團(tuán)羧基明顯增加，且較高的功率下，孔徑明顯增大。

微波改性不僅對(duì)活性炭表面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，而且與其它改性劑共存，還有利于表面官能團(tuán)相對(duì)應(yīng)發(fā)生改變，其相互協(xié)同作用，更有利于改性效果的增加。

2.2.5 等離子體改性

利等離子體改性技術(shù)是近年來發(fā)展得很快的一種材料表面改性技術(shù)。此技術(shù)是通過在氣體介質(zhì)(O2、N2、NH3、CF4)中電暈放電產(chǎn)生大量的帶電粒子、激發(fā)態(tài)粒子、光子、自由基等等離子體，利用這些高能量的等離子體撞擊材料表面，在不破壞材料表面特性的同時(shí)使材料表面的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，從而改善材料比表面積、孔徑、孔容、表面官能團(tuán)等相關(guān)性質(zhì)的技術(shù)。等離子體改性主要受放電功率、時(shí)間、壓力和遠(yuǎn)程距離等因素的影響。

解強(qiáng)等[37]用低壓O2/N2等離子體對(duì)活性炭進(jìn)行表面改性，研究發(fā)現(xiàn)活性炭經(jīng)O2改性后在炭表面引入大量的含氧官能團(tuán)，經(jīng)N2改性后在炭表面引入大量的含氮官能團(tuán)。吳光前等[38]對(duì)氧等離子體改性前后的活性炭表面理化性質(zhì)的改變及其對(duì)水溶液中苯胺的吸附特性進(jìn)行了研究，其氧等離子體改性活性炭的表面物理性質(zhì)變化較小，但是表面化學(xué)性質(zhì)的變化十分顯著，改性活性炭的苯胺平衡吸附量顯著大于未改性炭，而π—π色散力和氫鍵作用的增強(qiáng)可能是導(dǎo)致改性活性炭吸附苯胺性能提高的主要原因。李蘭廷等[39]利用低壓氮等離子體對(duì)活性炭進(jìn)行表面改性，其表面含氧酸性基團(tuán)隨等離子體功率的增加而減少，而含氮的堿性官能團(tuán)隨之增加。Wen等[40]在氨氣氛圍下采用等離子體-化學(xué)氣相沉淀法對(duì)活性炭進(jìn)行改性,活性炭表面的微孔結(jié)構(gòu)被破壞，含氮官能團(tuán)增加。李曉菁等[41]對(duì)活性炭纖維進(jìn)行遠(yuǎn)程等離子體表面改性，其在遠(yuǎn)程區(qū)等離子體中電子離子對(duì)樣品的刻蝕作用被抑制，活性炭纖維經(jīng)遠(yuǎn)程等離子體表面改性后，其表面含氧官能團(tuán)增加，對(duì)堿性染料結(jié)晶紫的吸附性能增強(qiáng)，不同的放電時(shí)間、放電功率、放電壓力和放電距離，導(dǎo)致改性效果不一樣。程抗等[42]采用放電等離子體對(duì)活性炭纖維表面進(jìn)行改性，通過改變活性炭纖維的化學(xué)官能團(tuán)來強(qiáng)化活性炭維對(duì)SO2和NOx的吸附和催化作用，放電改性過程可以有效的向活性炭纖維表面引入有利于脫硫脫氮的含氧、含氮官能團(tuán)，當(dāng)電壓為8 kV，放電時(shí)間為5 min時(shí)，放電改性活性炭纖維的效果最佳。郭麗娜[43]采用放電等離子體改性活性炭后吸附室內(nèi)甲醛，改性后活性炭的甲醛去除率相對(duì)明顯上升，且隨著氣體流量的增大，上升趨勢(shì)越明顯，放電處理后產(chǎn)生的臭氧濃度隨著氣體流量的增大而降低，且臭氧的出口濃度基本維持在一個(gè)較低的平衡水平。黃昕等[44]采用介質(zhì)阻擋放電(DBD)低溫N2、O2等離子體技術(shù)對(duì)黏膠基活性炭纖維進(jìn)行表面改性，并對(duì)催化劑低溫選擇性催化還原NO性能進(jìn)行了研究，其N2、O2等離子體最佳改性時(shí)間分別為5,10 min，最佳反應(yīng)溫度為100 ℃，低溫等離子體改性能明顯提高NO轉(zhuǎn)化率，且N2等離子體改性催化效率高于O2等離子體改性。張悅[45]采用DBD等離子體技術(shù)進(jìn)行活性碳吸附能力提高的改性實(shí)驗(yàn)以及對(duì)廢碳中污染物進(jìn)行降解的研究，考察了不同放電電壓、氧氣流速、處理時(shí)間和活性炭含水率對(duì)DBD等離子體改性活性碳的影響以及在不同處理時(shí)間和氧氣流速下廢活性炭中苯酚的去除效果。

等離子體表面處理技術(shù)既能改變活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)又能控制其界面物性，是一項(xiàng)有發(fā)展前途的環(huán)保、高效的活性炭改性方法，特別適合于以除去酸性物質(zhì)和有機(jī)污染物為主要目的的活性炭改性。

2.3 表面電化學(xué)改性

活性炭是由石墨晶體和無定型碳組成的，因此，它具有較強(qiáng)的導(dǎo)電性能和捕捉電荷的能力，使其表面帶有一定的電荷，活性炭的電化學(xué)性質(zhì)同時(shí)決定了物理吸附和化學(xué)吸附?；钚蕴勘砻娴碾妱?shì)與pH也有一定的關(guān)系，當(dāng)增加在活性炭上的電勢(shì)時(shí)，活性炭表面將帶正電荷，同時(shí)pH將降低，增加了帶負(fù)電物質(zhì)的吸附，反之，則增加了帶正電物質(zhì)的吸附。

Ban等[46]研究了電勢(shì)對(duì)活性炭表面性質(zhì)的影響以及對(duì)水中不同物質(zhì)的吸附和脫附性能。研究發(fā)現(xiàn)，在離子強(qiáng)度為1 mol/kg的電解質(zhì)溶液中，活性炭的吸附平衡表現(xiàn)出對(duì)電勢(shì)的依賴性，增加電勢(shì)可提高萘鉀酸等負(fù)離子的去除率，降低電勢(shì)可增加活性炭對(duì)帶正電物質(zhì)的吸附能力。郭亞萍等[47]從吸附動(dòng)力學(xué)和吸附熱力學(xué)兩方面研究了電場(chǎng)對(duì)活性炭吸附水中氯仿的影響，研究發(fā)現(xiàn)活性炭吸附量隨電位的增加而逐漸提高，吸附速度加快，陽極極化有利于活性炭對(duì)氯仿的吸附，陰極極化抑制活性炭對(duì)氯仿的吸附。曾俊等[48]采用氧化鎳表面改性炭材料，氧化鎳含量不到1%，比電容比原活性炭提高了89%，內(nèi)電阻減小，穩(wěn)定性幾乎和原活性炭樣品相同，但比表面和孔容下降，而微孔增加。高強(qiáng)等[49]采用氧化錳對(duì)活性炭改性，改性后炭材料高微孔率的特征不變，孔徑分布基本不變，比表面積和孔容均有所下降，其立方晶形的α-Mn2O3有更突出的法拉第電容效應(yīng)，改性后最顯著的作用是更有利于吸附無機(jī)電解質(zhì)離子，從而形成更有效的雙電層和降低電極反應(yīng)電阻，比電容比原樣炭提高了54%，內(nèi)電阻比原樣炭下降了18.4%，改性炭電極電化學(xué)電容器具有優(yōu)異的充放電可逆性和穩(wěn)定性。

表面電化學(xué)改性活性炭特別適用于帶正或負(fù)電荷物質(zhì)的吸附以及超級(jí)電容器電極比電容的提高，根據(jù)其用途的不一樣，可對(duì)其進(jìn)行特定的電化學(xué)改性。

3 展望

(1)通過對(duì)活性炭的改性處理，其應(yīng)用領(lǐng)域已涉及到許多領(lǐng)域，但大部分還是應(yīng)用于簡(jiǎn)單的吸附工藝，缺乏功能化高品質(zhì)專用活性炭，特別是用作催化劑以及催化劑載體的活性炭。

(2)活性炭的表面改性處理方法當(dāng)前主要以硝酸氧化處理為主，其能改性表面化學(xué)性能，但同時(shí)會(huì)伴隨著表面孔結(jié)構(gòu)的變化，影響性能發(fā)揮，且該方法生產(chǎn)成本較高，環(huán)境污染嚴(yán)重，廢水處理量大。因此，在對(duì)活性炭改性時(shí)要綜合考慮表面化學(xué)性能與物理結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)。

(3)活性炭等離子體改性和電化學(xué)改性是最具有發(fā)展前景的表面改性技術(shù)，其在改變表面化學(xué)特性的同時(shí)，對(duì)表面物理結(jié)構(gòu)影響較少，且綠色環(huán)保，效率高。

(4)目前，活性炭表面改性技術(shù)雖然取得了多方面的進(jìn)步，但低成本、高性能以及簡(jiǎn)單環(huán)保工藝等仍是未來活性炭改性的發(fā)展方向。

(5)現(xiàn)有的活性炭研究主要考慮的是其用途的開發(fā)以及表面的改性，對(duì)活性炭的再生研究極少，而合適的活性炭再生技術(shù)可提高活性炭的利用率，減少環(huán)境污染。因此，未來活性炭的發(fā)展方向除表面改性方法的完善外，活性炭的再生研究也具有非常大的發(fā)展空間。