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          氧化處理對椰殼炭表面基團在水中的特性分析

          2013-06-20 08:33 來源:未知

          氧化處理對椰殼炭表面基團在水中的特性分析。

              椰殼活性炭表面的四種官能團,初以內酯形式存在,采取了一種鄰位羥基內醚的結構,由于堿的作用才變成敞開型、浩性炭的表面官能團參與有機化學中已知的那些通常的化學反應。即羧基和重氮甲烷、醇、乙酷氯、亞硫酰二氯反應;苯酚和對硝基氯化苯反應;乙醇鹽和羧基反應并再和輕胺反應而形成肟。關于活性炭表面官能團的鑒定,由于難于使用紅外光譜等測定手段,所以試用已知的化學反應對這些官能團進行鑒定。這類鑒定是利用有機化合物的羧基、醇、醌等的反應性,鑒定氫氧根的方法和二氧化硅、氧化鋁等金屬氧化物的表面氫氧根的簡單方法相同。

            有機官能團和表面氧化物由于其極性和本身的酸堿性,影響活性炭的疏水性,也影響活性炭的某些吸附性能。如影響活性炭對酸和堿的吸附。據日本報道,通過在活性炭表面導人有機官能團或表面氧化物制得了具有特殊吸附性能的親水性活性炭。

              椰殼活性炭表面化學結構的分析表征:活性炭上的主要雜原子是氧原子,常見的官能團為羧基、內酯基、羥基和酚羥基。這些基團使活性炭在水中呈兩性。利用這種酸堿特性可以測定出表面的含氧基團。

            (l)Boehm滴定法它根據不同強度的堿性與酸性表面氧化基團反應的可能性對含氧官能團進行定性與定量分析。一般認為,NaHCO3(pK=6.37) 僅中和炭表面的羧基,NazCO3(pK=10.25)可中和炭表面的羧基及內酯基,而NaOH (pK=15.74) 可中和炭表面的羧基、內酯基和酚羥基。根據堿消耗量的不同,可計算出相應的官能團的量。
            (2)零電荷點PZC水溶液中固體表面凈電荷為零時的pH值,稱為零電荷點PZC (point of zero charge), PZC 為表征活性炭表面酸堿性的一個重要參數。而IEP為水溶液中固體表面電勢為零時的PH值,稱為等電點(soelectric point) 。如果不存在除H+, OH-之外的吸附離子,則pHpzc=pHiEp。如果發生非電勢決定離子的特殊吸附,則兩者向相反的方向偏移。PZC與活性炭酸性表面氧化物特別是羧基有密切的關系,它與Boehm滴定存在著很好的相關關系。IEP一般通過電泳法測定。有研究認為通過電泳法測得的lEP為活性炭的外表面特征,由于OH- 和H+比活性炭的微孔要小。因此,通過滴定法測定出的PZC,對應的是活性炭的全部表面或絕大部分表面特征。
            (3) X射線光電子能譜XP Sxps (天ray photoelectron spectroscopy)是一種有效的監測表面化學結構的分析手段,采用Gaussion/Lorent;zian 函數所得譜圖進行曲線擬合,該技術依據愛因斯坦的光電效應來測定表面元素的原子的價電子或內層電子的結合能。原子被高能x射線轟擊,能發射出的電子或內層電子的結合能。原子被高能X射線轟擊,能發射出的光電子其平均逃逸深度為0.5~2nm,故只能探測位于表面的物種。其主要用途是用于測定由表面元素引起發射光電子的結合能發生位移的化學環境的變化。通過對特定的原子的鍵能進行掃描不僅可以定量測定樣品表面的元素組成,而且可以分析元素的結合形式。
            (4)傅里葉變換紅外光譜法FT-IR 紅外光譜可以測量分子的轉動態和振動態,從而可以得出關于被吸附物質中心及被吸附物質表面之間鍵合的性質。由于活性炭為黑色,對紅外輻射吸收強,同時表面不均勻的物理結構又加大了紅外光的散射,而且極易于采用紅外光譜分析。而傅里葉變換紅外技術(Four;ertransform infrared, spectroscopy, FT-IR),由于采取了干涉光裝置,來啟全光譜的輻射在整個掃描期間始終照射在檢測器上,使光通量增大,分辨率提高。FT-IR 偏振性較小,可以累加多次,快速掃描后進行記錄。己成為活性炭表面官能團定性分析的有力工具。
            (5) 熱重分析 根據不同官能團的熱穩定性不同,在惰性氣體中熱分析,得到樣品失重的微分曲線和積分曲線。失重曲線可間接反映出活性炭的表面結構尤其是表面官能團的種類。

              由椰殼活性炭結構的小單位原子開始,而后解析其結構單元,對椰殼活性炭的機能基礎的原子性結構進行說明。碳原子具有 (2S) 2、(2p)2兩種價電子,化學結合時形成Sp、Sp2、SP3三種混合軌道。特別是構成活性炭的基本結構單元時結構,是由sp2混合軌道所形成的、結合角為I20°的平面結構。嚴格說來,一種二元格子結構,,可以說是椰殼活性炭的碳原子排列中所能見到的唯一的規則結構。由這樣排列的碳原子所形成的基底面規則性地積層結構所構成的三元結晶稱作石墨。在X射線衍射中能觀察到三元結構形成的峰,但是,構成椰殼活性炭的孔璧的碳素固體雖然叫做石墨狀微晶,二元格子卻沒有采取石墨那樣規則性的亂層結構。

           

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