來源：韓研活性炭網(wǎng) 作者：韓研活性炭網(wǎng) 2017-09-13
通過尿素或三聚氰胺浸漬法熱處理制備了一系列氮摻雜椰殼活性炭催化劑，用于除去甲硫醇(CH 3 SH)。通過氮吸附/解吸，掃描電子顯微鏡，X射線光電子能譜，元素分析，Boehm滴定和熱分析評估了氮摻雜椰殼活性炭的物理化學性質。結果表明，CH 3 SH容量取決于氮含量。進一步研究表明，吡啶氮和季氮是活性位點。由于富含氮的椰子殼活性炭的無金屬性，可以容易地進行再生過程和二甲基二硫化物(CH3 SSCH 3)可以作為主要產品回收。我們的研究表明，由于其高容量，溫和的條件和易于再生，對于CH 3 SH去除，富氮椰殼活性炭的前景看好。
作為無色，極性和揮發(fā)性有機硫化合物，甲硫醇(甲硫醇，CH 3 SH)由于其令人不愉快的氣味而眾所周知。1,2它廣泛存在于石油天然氣，煤氣和天然氣中，可以從許多農化過程中排放出來。當釋放到大氣中時，CH 3 SH可能有助于形成硫酸鹽顆粒，這可能會改變地球的輻射平衡并導致酸雨。除了造成環(huán)境污染外，CH 3SH也可能在化學工業(yè)中引起問題。由于其高度開發(fā)的多孔結構，獨特的表面化學性質和潛在的生物相容性，活性炭被廣泛用于純化含硫氣體。CH 3 SH可以容易地氧化成二甲基二硫醚(CH 3 SSCH 3)，由于其分子大小和沸點高，容易儲存在活性炭孔中。活性炭的硫含量受孔隙率和表面化學性質的影響。微孔有利于甲硫醇的吸附。甲硫醇吸附在微孔中后，會被氧化成二甲基二硫化物。此外，可以通過引入與碳基質結合的雜原子，例如氮和氧，并通過浸漬作為氧化中心的金屬氧化物來增強活性炭的硫容量。
目前，含氮前體的碳化還原碳富含碳氮化合物后處理的含氮碳材料由于其獨特的性質而引起了廣泛的關注。具體來說，氮摻雜活性炭材料可用于除去CH 3 SH，NO 2和H 2 S 等小分子有毒氣體然而，大多數(shù)研究集中在煤基活性炭。少量的系統(tǒng)性注意力研究了CH 3的去除SH含有氮基的活性炭。椰子殼活性炭通常具有比煤基活性炭更多的結構，可以是吸附CH 3 SH的有效載體。在這里，我們通過評估用尿素和三聚氰胺改性的一系列氮摻雜的椰子殼活性炭來研究氮功能對去除CH 3 SH的影響。CH 3之間的關系驗證了SH容量和吡啶氮和季氮的含量。通過氮吸附/解吸，掃描電子顯微鏡，X射線光電子能譜，元素分析和Boehm滴定評估氮摻雜椰殼活性炭的物理化學性質。使用熱分析和氣相色譜-質譜法研究儲存在活性炭中的氧化產物。此外，進行再生試驗。最后，提出了一種可能的總體機理來解釋CH 3 SH在富氮椰殼活性炭上的吸附/氧化。
當反應性分子擴散到孔中并且氧化產物存儲在其中時，活性炭的孔隙度對于CH 3 SH吸附/氧化過程是至關重要的。活性炭的N 2吸附等溫線和孔徑分布曲線如圖1所示，計算結構參數(shù)總結在表1中。在圖1a中，所有樣品均具有類似的等溫線形狀，并且可以分類為I型，其表示微孔結構。此外，所有樣品在高相對壓力下都具有磁滯回線，驗證了介孔的存在。類似的分布模式如圖1b所示。所有樣品的孔隙主要分布在微孔范圍內，部分分布在中孔范圍內。所有樣品的孔徑主要在10nm以下。從表1可以看出，活性炭的改性影響表面積和孔體積。
活性炭樣品的BET表面積為1508m 2 g -1，微孔體積為0.571cm 3 g -1，總孔體積為0.807cm 3 g -1。硝酸氧化增加了總孔體積，降低了微孔體積和BET表面積。這些觀察結果表明硝酸處理的侵蝕和擴孔效應與以前的報道一致。尿素修飾的活性炭U和活性炭OU樣品發(fā)現(xiàn)微孔體積的小的減少和總孔體積的小的增加。此外，三聚氰胺改性活性炭M和活性炭OM樣品的微孔和總孔體積顯示明顯的降低趨勢，這可能是由于引入的含氮物質產生空間位阻并部分阻止氮分子進入微孔。
原始活性炭和改性活性炭的SEM顯微照片如圖2所示。在活性炭表面觀察到豐富的多孔結構，有利于CH 3 SH吸附。硝酸氧化后，活性炭和活性炭O的表面形貌幾乎沒有差異，但由于硝酸的侵蝕和清潔作用，活性炭O的一些孔隙擴大和清潔劑表面除外。不同的氮前體對表面形態(tài)提供了不同的影響。活性炭U和活性炭OU的表面形態(tài)與活性炭和活性炭O的表面形態(tài)相似，但與活性炭和活性炭O的表面相比，在活性炭M和活性炭OM的表面上發(fā)現(xiàn)明顯的孔堵塞。這表明氮摻雜碳的表面積和孔體積隨著三聚氰胺引入氮而降低，這與BET結果一致。
總之，制備了一系列氮摻雜的椰殼活性炭，用于除去CH 3 SH。結果表明，這些改性活性炭的CH 3 SH能力隨著氮含量的增加而增加，特別是吡啶氮和季氮。當?shù)繛?.41at%時，可以獲得富氮椰殼活性炭無與倫比的CH 3 SH容量。吸附在活性炭表面上的主要產物是CH 3 SSCH 3而由于富氮椰殼活性炭的強氧化能力，也產生了一些較深的氧化產物，如甲基甲烷硫代磺酸甲酯和甲磺酸。通過乙醇洗滌和熱處理可以容易地再生耗盡的富氮碳，使其成為工業(yè)領域CH 3 SH的有效吸附劑。
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