等离子体改性处理对碳基材料吸附性能的影响

文章出处：等离子清洗机厂家 | 深圳纳恩科技有限公司| 发表时间：2022-08-12

碳基材料尤其是活性炭，由于其发达的孔隙结构而被广泛应用于吸附领域。而为了进一步提高其吸附性能，许多研究者运用各种改性方法对其进行了改性研究，其中用等离子体改性的应用研究也比较活跃。研究发现经等离子体改性后，由于产生许多的化学活性位点，所以导致碳基材料对吸附质的化学性吸附的影响比较明显。经氮气、氧气或其他改性气氛处理后，碳基材料不论是对金属离子、大分子有机物还是气体分子的吸附能力都会有很大的提高。在氧气条件下，用等离子体改性过的颗粒活性炭吸附铜和锌离子，经过试验表明，其吸附性能有了明显的提高。这种现象不是由于物理结构的改变所致，而主要是由于颗粒状活性炭表面醚氧和羰基氧的增多所致。在氦气和氧气条件下，用等离子体改性过的活性炭吸附金属离子的研究中发现，经过氦一氧等离子体改性后，活性炭上生产很多的酸性基团(如一C00H)，而活性炭对金属离子的吸附主要是金属离子和酸性基团上氢离子的交换过程，如式(1)所示。

M_n⁺+n(-COOH) ⇆(一COOH)_nM+nH⁺ （1）

当然，不是所有气氛条件下的等离子体改性碳基材料后对其吸附性能都有促进作用，因为不同的处理气氛对活性炭的比表面积和表面的化学结构的影响是不一样的。分别用氮气和氧气等离子体对粒状活性炭进行改性研究，通过实验发现经氧气等离子体处理后,活性炭对五氯苯酚的吸附量得到了提高，而经氮气等离子体处理后活性炭对五氯苯酚的吸附量明显减少。通过表征分析发现，氧气处理后的活性炭比表面积会增大，表面的含氧基团增加;而经氮气等离子体处理后比表面积有所减少，表面的含氧基团会减少，这就导致了两种样品吸附量的不同。

对于等离子体改性对碳基材料吸附性能的影响，目前的研究主要集中于改性前后对单一吸附质吸附量的影响，而对于改性后对双组分或多组分吸附质吸附量的影响的研究甚少，对多组分之间的竞争吸附的影响更是少见报道。而就目前研究现状来看，对单一吸附质吸附过程的研究中也还存在很多空缺。如碳基材料经等离子体改性后，其对单一吸附质的吸附速率的影响如何?这种吸附对压力和温度等因素的敏感程度怎么样?改性前后的憎水性吸附和亲水性吸附的影响如何?对吸附质的选择性吸附能力有什么影响?因此等离子体改性碳基材料对其吸附性能的研究同样存在着很多欠缺之处，很多相关研究有待开展。虽然等离子体对碳基材料的改性主要集中在表面，但还是有不少的研究发现，等离子体改性对碳基材料的比表面积及其结构也会有一定的影响。