关于活性炭结构与性能的新思考.pdfVIP

·($ · 第七届全国新型炭材料学术研讨会论文集 关于活性炭结构和性能的新思考 解! 强 （中国矿业大学（北京）化学与环境工程学院，北京! )( ） 摘! 要：活性炭无论是作为吸附剂还是作为催化剂及载体，它的结构和表面性质都是影响其应用性能及行为的重 要因素。论文对活性炭孔结构和表面化学传统的调控方法进行了概括性回顾，提出需要全新的方案来完善和提高 活性炭的性能；结合活性炭纳米粒子、纳米空间及其整体表现纳米结构对活性炭应用性能的意义，凝练了新的科学 命题，即通过影响活性炭制备过程中炭化物、活性炭中纳米粒子尺寸及排列顺序，来最终实现对活性炭结构和表面 性质的控制；以对有机物炭化过程物质结构、特性分析结果为基础，指出了强化活性炭定向制备过程的新途径。 关键词：活性炭；孔结构；表面化学；纳米结构；过程强化 ! ! 活性炭是具有发达孔隙结构和极大内表面积的 叫可几孔径［- ］，只有可几孔径分布下的孔容和比表 人工炭材料，其表面上含有（或可以附加上）多种官 面积的增加才能提高对吸附质的吸附能力。 能团，具有催化活性，能在不同温度和酸碱度下使 活性炭表面的含氧、氮等杂原子的有机官能团 用，且可以再生，作为吸附剂已在许多领域得到广泛 能使活性炭同时具备特殊的表面化学特性，而不同 应用［］。尤其是近年来，活性炭在化工、能源、环境 用途对活性炭表面官能团种类与数量的要求是不同 等领域发挥了重要的作用，特别是作为催化剂/ 催化 的，如饮用水的深度净化、酸性气体的脱除等用途对 剂载体使用的时候：作为氨合成、合成气制低碳烯 活性炭表面胺类和含氮有机物的亲和性有很高的要 烃、环氧乙烷催化水合制乙二醇、乙苯脱氢、甲烷热 求［$ ，+ ］。 催化分解制备不含01% 的氢气等化工过程的催化 活性炭用作催化剂载体，可与活性组分一起产 剂或载体［% * $ ］；用于处理垃圾渗滤液、烟气脱硫、煤 生“吸附富集* 催化反应”的协同作用，大大提高催 气或天然气脱硫［+ * ］；在聚合物电解质膜燃料电池 化剂的活性。因此，活性炭载体的结构和性质（孔 （2!340 ）或聚合物电解质燃料电池（2!40 ）中负载 结构、电导率、表面性质）在很大程度上影响催化剂 高分散的25 制成高活性电极、利用活性炭电化学特 性能就是可以理解的，因为活性成分与助剂的分散 性应用于双电层电容器的可极化电极［ * ( ］，等等。 度及其二者间的相互作用都与载体有关。一般而 这些都是应用在活性炭中由超微粒子（纳米级）所 言，若催化中心处于活性炭的小孔内，将有助于这些 构成的纳米尺度空间所具有的特异性质来实现 活性中心的高度分散［) ］。例如，用活性炭代替在 的［, ］。 2!40 电极通常使用的炭黑，可使电极催化剂层的 对活性炭结构和性能的理解，应该基于新的视 氧还原反应活性得到极大改善，尽管如此，若要进一 角。 步提高催化活性仍需要对活性炭的孔结构进行优 化［% ］。此外，活性炭表面化学的影响也是不能忽视 ! 活性炭应用性能的决定因素 的。例如，在利用活性炭的电化学特性将其应用于 双电层电容器的可极化电极时，活性炭的剩余电位 活性炭无论是作为吸附剂还是作为催化剂及载 就与活性炭氧含量（或酸性表面官能团浓度）的对 体，其结构和表面性质都是影响应用性能和行为的