活性炭表面化學改性技術

表面官能團是活性碳的活性中心，直接決定著活性炭表面的各種化學性。但表面官能團的各種性質則與原材料以及活化方法有著直接關系。所以只要對原材料或者是活化方法進行改進，就能夠改變活性炭的性能。

1、表面氧化改性。

技術人員使用強氧化劑，在特定的溫度環境下，處理活性炭，以此保證活性炭表面擁有更多的氧酸性基團，使其表面極性更強，零電點pH值更低?，F實應用中已經發現，活性炭表面極性越強，越具有非常好的吸附性。

現階段，用于活性炭表面氧化改性的原材料有很多，其中比較常見的有HNO₃、H₂O₂、HClO等。某學者使用HNO₃來進行試驗研究。研究發現，活性炭表面使用HNO₃氧化處理之后，吸附性更為提高，尤其是對三鹵甲烷此種作用更加明顯。還有些學者使用HNO₃、HClO等兩者原材料來進行試驗，試驗結果發現，使用HNO₃來處理活性炭表面，不僅使得酸性基團數量明顯增多，而且還使活性炭表面微孔結構出現了明顯的塌陷，但是活性炭表面使用HClO進行試驗之后發現，氧基團數量明顯增加，但是微孔結構并沒有出現明顯變化，此外比表面積也未發生過于明顯的變化。

另外，還有很多學者使用不同的方式對活性炭表面氧化進行了改性試驗，均得到了相應的數據。

2、表面還原改性

試驗技術人員利用還原劑，在特定溫度環境下來進行表面還原改性試驗。如果試驗成功，則活性炭表面對非極性比較強的物質就會具有明顯吸附性。這主要是因為還原劑的應用，使得活性炭表面原有的堿性基團數量明顯增加，而堿性基團數量越多，活性炭表面非極性就越強，因此活性炭表面對具有非極性特性的物質也就更加的敏感。

某學者使用H₂來進行試驗發現，應用H₂之后，活性炭表面氧酸性官能團數量明顯減少，變為了CO₂、CO等物質，這些物質從活性炭表面脫離，因此使得氧酸性官能團數量明顯下降，而堿性官能團數量則增加。有些學者使用氨水以及苯胺還原劑來進行試驗研究，研究發現活性炭表面使用這兩種還原劑改性之后，表面陰性基團的非極性吸附能力明顯增強。這主要是因為氨水以及苯胺屬于極性物質，能夠與活性炭進行化學反應，加熱出去之后，表面孔半徑明顯擴大，這樣離子就會進入到空隙中，增加了表面電負性，進而提升了活性炭表面的非極性吸附能力。

3、表面酸堿改性

現如今，活性炭使用的過程中，都會遇到類型少，技術水平低的問題，真正功能化活性炭非常少，但是對其進行酸堿改性之后，上述都能夠有效的解決。

目前，技術試驗人員應用多的酸堿改性劑有HNO₃、H₂O₂、HClO以檸檬酸等。某學者選擇使用HNO₃以及NaOH與NaCl混合液兩種酸堿改性劑，通過兩次表面酸堿改性之后，活性炭澤表面吸附速度明顯加快，吸附容量也明顯增多。

4、表面等離子體改性

傳統活性炭表面堿性官能團的引入，主要是通過氨水浸漬和高溫脫氧等方法。近年來研究表明，通過氧氮等離子體和CF4等離子體改性活性炭表面引入含氧、氮和含氟的官能團在一些特殊領域的應用表現出良好的效果。

有學者等用低壓O₂/N₂等離子體對商品煤基活性炭進行表面改性，研究發現活性炭經P-O₂改性后在炭表面上引入大量的含氧官能團，經P-N₂改性的活性炭隨著活性炭表面改性強度的提高，表面含氧酸性官能團逐漸減少含氮官能團逐漸增加，獲得富含硝基、胺基和酰胺基的活性炭。且在同功率下P-O₂改性時活性炭燒失率比P-N₂改性的高，在P-O₂改性過程中活性炭燒失率隨等離子體發生功率的增加而升高，而在P-N₂改性過程中活性炭燒失率隨著等離子體發生功率的變化存在一峰值：在低功率范圍內隨功率的增加而加大，在高功率范圍內隨功率的進一步加大反而降低。

還有學者等對活性炭纖維進行遠程等離子體表面改性研究發現，在遠程區等離子體中電子離子對樣品的刻蝕作用被抵制，活性炭纖維經遠程等離子體表面改性后，其表面含氧官能團增加，對堿性染料結晶紫的吸附性能增強；當放電時間、放電功率、放電壓力一定時從放電區至遠程區40cm處，P-N₂處理后的活性炭纖維的吸附能力明顯增強，遠程區40cm以遠，活性炭纖維的吸附力基本穩定；當放電壓力、放電功率、遠程距離一定時，隨放電時間增加，活性炭纖維表面生成更過的自由基，表面酸性增強，對堿性染料結晶紫的吸附能力增強。