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活性碳纤维表面改性五大技术有哪些?

时间:2020-12-07 09:41:42 来源: 点击:202946次

活性碳纤维表面改性五大技术有哪些?

ACF的表面官能团的种类、数量给吸附和催化带来了重大影响,因此,一些研究者通过改性的方法来更有效地挖掘活性碳纤维的潜力。目前活性碳纤维表面改性的技术主要包括化学溶液浸渍、高温热处理,化学气相沉淀,电极氧化,微波处理,气相反应和低温等离子体等。

1.化学溶液浸渍

化学溶液浸渍是将活性碳纤维浸渍在一定的化学溶液中,使其表面化学性质发生变化,从而提高活性碳纤维的一定化学反应与催化反应能力的方法。不同化学溶液浸渍可以达到不同的改性效果,一般常用的化学溶液有硝酸、硫酸、H2O2、磷酸、盐酸等,其它的还有一些金属化合物溶液,如NaOH、KOH、FeSO4、MnSO4、AgNO3、Co+等。硝酸浸渍是应用最多的一种表面改性方法,易改变活性碳纤维的表面化学性质,也易改变其比表面积和孔结构。以硝酸为处理液氧化载体ACF可以提高催化剂的反应活性。

2.高温热处理

高温热处理是在惰性气体(N2,He或Ar)保护中,通过在高温下对活性碳纤维进行热处理得到所需求的表面化学性质。高温热处理技术可以有效地使活性碳纤维表面官能团分解,改变其表面积、孔结构与活性位数。I Mochida等I对ACF高温(850 ℃)热处理后发现ACF的疏水性增强,表面官能团分解释放的表面缺陷位是NO吸附与氧化的活性位,热处理虽提高了ACF的NO氧化反应活性,但ACF对NO吸附能力则是减弱的。另外,经热处理碳表面官能团分解会形成不含氧的碱性官能团,表面碳原子有一定程度的石墨化,石墨微晶存在大量的游离π电子,从而具有Lewis碱性特征。S.S.Barton等测试碳表面酸碱位认为经热处理的碳表面碱性位更多,可得到表面pH>10,且大约每减少六个酸性位就可以增加一个碱性位。

3.电极氧化

电极氧化法被认为是提高活性碳吸附性能的一种有效、简单的表面处理方法。Park等以ACF作为阳极,在NaOH溶液中电解,使负离子吸附到ACF表面,引入了羟基、羧基等表面官能团;在HCI溶液中电极氧化处理的活性碳,获得了较理想的改性效果,吸附能力也得到提高。

4.微波处理

微波处理其实也是一种热处理,但比热处理的时间短,电能利用率高,气体消耗较少。目前该法是碳材表面处理技术中研究的热点之一。J.M.V Nabais等采用该法改性ACFs,ACFs表面的酸性官能团(羟基,羰基)被分解或还原,碱性基团吡喃酮的引入致使其表面化学性质改变,而且ACFs经该法氧化所得的表面化学稳定性很好。

5.低温等离子体

低温等离子体表面处理技术目前在国内外已被广泛应用于高分子聚合材料、纺织品、金属和塑料制品等表面的处理。改性仅发生在材料的表面层(几个埃到微米级),因而不影响基体固有性能;作用时间短(几秒到几十秒),效率高;不产生污染,无需进行废液、废气的处理,因而节省能源、降低成本;工艺简单,操作方便。低温等离子体技术用于碳材料改性的研究开始成为新的热点。该技术可以使碳材料表面组成发生明显的变化,导致接触角的减小以及表面能的提高,同时由于表面官能团的引入可提高碳材料的利用效率


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