活性炭涂覆硅的吸附性能，本文講述了以碳化硅為活性炭涂層的新型吸附劑的化學(xué)和力學(xué)性能。吸附劑通過以四甲基硅烷(tms)為前體的活性炭的化學(xué)氣相滲透(cvi)來制備。活性炭由于其高孔隙率，大比表面積和化學(xué)性質(zhì)而成為重要的吸附劑之一。它在許多技術(shù)應(yīng)用中使用，作為氣體凈化，氣體分離，脫色，不同的液體與溶劑和水的純化。然而，活性炭也有一些缺點(diǎn)。低機(jī)械和化學(xué)穩(wěn)定性使其不適用于例如流化床吸附器和某些液體吸附過程中的應(yīng)用。
此外，已知在氧化條件下反應(yīng)形成co和/或co 2，這可能導(dǎo)致吸附劑著火。因此，利用抗氧化材料涂覆活性炭作為涂層而不改變孔結(jié)構(gòu)來利用陶瓷的性能是有前景的選擇，從而大大地保持了吸附能力。sic的特點(diǎn)是其硬度和化學(xué)惰性。一種常見的方法來制造的碳化硅活性炭官能材料，其覆蓋了范圍廣泛的從高電壓和電子裝置，以高溫?cái)U(kuò)散阻擋層的應(yīng)用程序，是化學(xué)氣相沉積(cvd)。這個(gè)過程也可能發(fā)生在多孔材料中，然后被稱為化學(xué)氣相滲透(cvi)。在所有情況下，模板的初始形態(tài)都很好地適應(yīng)或僅由滲透過程簡(jiǎn)單修改。但是，氯化硅作為前體的使用通常在技術(shù)上是不希望的，因?yàn)橹饕诔睗竦沫h(huán)境中產(chǎn)生了相當(dāng)具有腐蝕性的hcl。在我們以前的研究中，四甲基硅烷(tms)被證明是活性炭中sic的cvi的前體。tms的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，成本適中，可用性高。結(jié)果表明，可以通過碳化硅涂層改性活性炭的性能，而不會(huì)顯著改變吸附能力。此外，與未涂覆的活性炭相比，氧氣氛中的耐高溫性增加。
目前的工作介紹了這種涂層活性炭的特性，有助于判斷技術(shù)應(yīng)用的可能改進(jìn)。兩種不同類型的活性炭分別在973.15和1098.15k滲透。顯示了表征這些改性吸附劑的物理化學(xué)性能和吸附性能的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在流化床吸附器中的實(shí)驗(yàn)證明機(jī)械穩(wěn)定性的改變。
圖1. 活性炭c40/4的掃描電子顯微鏡圖像(a)未涂覆的，(b)涂覆有二氧化硅(sio2)和(c)涂覆有碳化硅(sic)的活性炭。
四甲基硅烷的滲透導(dǎo)致活性炭的外表面和內(nèi)孔系統(tǒng)的涂層。在700攝氏度中，用二氧化硅涂層，而在820攝氏度，用碳化硅涂層(sic)的被證明活性炭的耐熱。除了結(jié)構(gòu)性質(zhì)之外，通過吸附丙酮，乙醇和甲苯來研究吸附性質(zhì)。在等溫線的表示中，將負(fù)載標(biāo)準(zhǔn)化到表面并繪制相對(duì)壓力。歸一化消除了活性炭表面積對(duì)負(fù)載差異的影響，因此等溫線之間的差異可歸因于表面化學(xué)的差異。
圖2顯示極性溶劑丙酮在25攝氏度的吸附等溫線。未涂覆的活性炭a35/4與活性炭c40/4相比的負(fù)載顯著較高。兩種碳都是由相同的原料制造的，但活性炭a35/4在水蒸氣氣氛中經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的活化。由于原始生產(chǎn)過程中氧化條件下活化時(shí)間較長(zhǎng)，活性炭a35/4具有較高的極性表面基團(tuán)數(shù)量，有利于極性丙酮的吸附。在700攝氏度下涂覆的樣品的負(fù)載對(duì)于兩種類型的活性炭具有相同的數(shù)量級(jí)，因?yàn)橛捎趦?nèi)部孔系統(tǒng)的涂覆，表面特性的差異減小，并且表面化學(xué)的相關(guān)修改。2涂層和極性丙酮，極性活性炭a35/4上的負(fù)載僅略有變化。在820攝氏度下涂覆的樣品也具有可比較的負(fù)載。由于非極性sic涂層和由此導(dǎo)致的較弱的相互作用，負(fù)載低于在700攝氏度下涂覆的樣品的負(fù)載。
圖2. 25攝氏度下活性炭的丙酮吸附測(cè)量。
滲透實(shí)驗(yàn)的目的是生產(chǎn)具有改進(jìn)的機(jī)械和化學(xué)耐受性的活性炭，同時(shí)保持吸附性能。因此，除了結(jié)構(gòu)和吸附性質(zhì)外，還研究了機(jī)械和化學(xué)性質(zhì)。為了表征未涂覆和涂覆的活性炭，在77k下測(cè)量氮等溫線。使用根據(jù)bet方法孔體積在相對(duì)壓力p / p 0 =0.98 下測(cè)定比表面積。使用非局域密度泛函理論計(jì)算活性炭孔徑分布。與表面不同的相互作用和吸附不同尺寸的分子的影響，用丙酮，乙醇和甲苯與25攝氏度中熱重量天平吸附測(cè)量。使用標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)量方法研究堆積密度，灰分含量，顆粒硬度，磨損，導(dǎo)電率，水溶性組分和ph值。測(cè)定堆積密度和灰分含量。
活性炭a35/4在寬范圍內(nèi)表現(xiàn)出對(duì)芳族甲苯的優(yōu)選吸附，在甲苯摩爾分?jǐn)?shù)為約0.75時(shí)具有共沸點(diǎn)。這僅僅意味著芳族官能團(tuán)與極性官能團(tuán)的比例約為3:1。由于用極性sio 2涂覆，在700攝氏度下涂覆的活性炭的共沸點(diǎn)移動(dòng)到0.5。這意味著芳族官能團(tuán)與極性官能團(tuán)的比率降低，而對(duì)甲苯的選擇性降低。其中與未涂覆的材料相比，在700攝氏度下涂覆的活性炭的容量對(duì)丙酮減少了25%，對(duì)于甲苯減少了33%。涂層明顯減少芳香基團(tuán)的數(shù)量比極性基團(tuán)的數(shù)量多。
使用活性炭中的陶瓷材料的化學(xué)氣相滲透，開發(fā)了新穎的吸附劑。這些材料的許多性質(zhì)被分析。四甲基硅烷在700攝氏度和820攝氏度進(jìn)行滲透實(shí)驗(yàn)，質(zhì)量恒定增加25%?？諝饨佑|后，活性炭在700攝氏度涂覆了sio 2和在820攝氏涂覆了sic。新材料的特點(diǎn)就其吸附性能和機(jī)械以及耐化學(xué)性，以評(píng)估其在技術(shù)應(yīng)用中的使用。顯示了由于涂層導(dǎo)致的材料的一些改進(jìn)，使得它們對(duì)于技術(shù)吸附過程有前途。
關(guān)鍵詞：活性炭 吸附劑 掃描電子顯微鏡