活性炭国家专精特新“小巨人”企业活性炭产学研合作

　　活性炭甘氨酸改性用于VOCs吸附

　　随着人类生活质量的不断提高，在现代生活中烷烃、芳烃、酮、醛、酯、酸、醇、氯代烃等挥发性有机化合物(VOCs)正在大量排放。对生活环境都造成极大危害，因此，去除VOCs的技术成为关注的焦点。本期我们使用椰壳的活性炭通过浸渍甘氨酸(一种非极性脂肪酸氨基酸)进行改性。研究了该改性方法对活性炭理化特性和VOC吸附性能的影响，并与氨改性进行了比较。

　　甘氨酸是自然界中常见的21种氨基酸中比较简单的一种，它是一种非极性酸性化合物，含有碱性(-NH2)和酸性(-COOH)官能团。据推测，用甘氨酸修饰活性炭会增加甲苯吸附量，原因如下：(1)甘氨酸是一种非极性化合物，它可以沉积在活性炭的多孔中以增强多孔的非极性;(2)甘氨酸能增加含氮基团，减少含氧酸基团，降低活性炭的极性;(3)甘氨酸的自缩合作用可以在活性炭表面形成多肽链，进一步增加了活性炭的非极性。这些现象不同于传统的基本改性。传统的碱性改性，如氢氧化钠、氨水等，主要影响活性炭的孔结构和碱度。

　　甘氨酸改性活性炭的特性

　　TEM图像活性炭的示于图1(a-d)。与原始活性炭相比，甘氨酸改性活性炭表面有甘氨酸沉积图1b和d，而氨改性活性炭的表面形貌保持不变图1c，表明甘氨酸改性的机制不同于氨改性。

　　图1：活性炭样品的TEM图像(a)原始活性炭，(b)7%甘氨酸改性活性炭，(c)5%氨改性活性炭，(d)5%氨和7%甘氨酸复合改性活性炭。

　　甘氨酸改性的活性炭的吸附性能

　　测试了选定的甲苯VOC对活性炭的吸附性能。在每个实验运行中，甲苯通过装有活性炭的吸附管直到达到平衡，即活性炭吸附剂被甲苯饱和。图2(a)所示的穿透曲线呈现为甲苯吸附量吸附(ç/ç0)与接触时间(吨，分钟)六种的活性炭正在进行中，它们的饱和和突破吸附容量如图2所示(b)。从吸附曲线可以看出，甘氨酸修饰的活性炭的穿透时间明显延长，而饱和氨改性活性炭的时间延长。活性炭上甲苯穿透吸附能力的顺序为10%甘氨酸改性活性炭>7%>5%>2%>5%氨改性活性炭>未改性活性炭>10%氨改性活性炭，而活性炭对甲苯饱和吸附容量的顺序如下：5%氨改性>10%>7%甘氨酸改性>5%>2%>10%>未改性活性炭。可见甘氨酸修饰对甲苯吸附有显着的正向影响。与原来的AC相比，甘氨酸改性的活性炭对甲苯的突破吸附能力分别提高了25%、50%、74%和147%，随着甘氨酸浓度的增加呈上升趋势。同时，甘氨酸改性的活性炭对甲苯的饱和吸附容量分别增加了15%、17%、25%和13%，且随着甘氨酸浓度的增加先增加后减少。5%和10%的氨改性也提高了甲苯的吸附性能，但其优势主要体现在饱和吸附容量上，与原来的活性炭相比，分别提高了47%和32%。

　　图2：甲苯在活性炭上的突破曲线和相应的吸附能力。

　　结合活性炭的表征结果，推导了活性炭的理化特性与其甲苯吸附性能之间的关系。甘氨酸改性后甲苯突破吸附能力的显着提高主要是由于表面非极性的增强。而氨改性后甲苯的优异饱和吸附能力可能部分归因于改进的表面积和孔体积的孔结构。另一部分是氨改性提高了活性炭的表面碱度，pHpzc表面零电位点的增加，导致π-π色散力增加。

　　活性炭甘氨酸改性用于VOCs吸附中，通过用非极性酸性化合物甘氨酸浸渍来改性活性炭。研究了该改性方法对活性炭理化特性和VOC吸附性能的影响，并与氨改性进行了比较。甘氨酸改性更有利于降低活性炭的表面极性，而氨改性更有利于改善孔结构和增加π-π色散力。突破吸附能力10%甘氨酸改性活性炭的甲苯比原始活性炭和5%氨改性活性炭分别高出约147%和139%，这主要是由于甘氨酸改性后表面非极性增强。而氨改性后甲苯优异的饱和吸附能力可能部分归因于改进的孔结构和增加的π-π分散力的孔结构。因此，提出了一种新的氨/甘氨酸复合改性方法，实现了对甲苯饱和吸附能力的进一步提高，同时保持了突破性的甲苯吸附能力的高水平。

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