过渡族金属对球形活性炭孔结构与吸附性能的影响 (2002年)

通过在线型酚醛树脂中添加氯化亚铁、氯化钴、氯化镍,成功制备出 3种具有不同孔结构的球形活性炭,利用氮吸附法和液相吸附对所制备活性炭的孔结构及吸附性能进行了研究。结果表明,添加过渡族金属加快了炭-水反应的速率,其中铁的作用最大。添加铁的试样具有 3～5nm及 10～100nm之间中孔和大孔;添加镍的试样具有 20～100nm之间的中孔和大孔;添加钴对中孔的发育没有明显作用。添加铁的试样对肌酐和维生素 B12的饱和吸附量最大,添加镍的试样次之,添加钴的试样最小。 ### 过渡族金属对球形活性炭孔结构与吸附性能的影响 #### 摘要与研究背景 本文探讨了过渡族金属（铁、钴、镍）对球形活性炭孔结构和吸附性能的影响。通过在线型酚醛树脂中添加氯化亚铁(FeCl2)、氯化钴(CoCl2)、氯化镍(NiCl2)，成功制备出了三种具有不同孔结构的球形活性炭，并对其进行了氮吸附法和液相吸附测试，以评估孔结构及其吸附性能。 #### 研究方法 本研究首先通过在线型酚醛树脂中添加过渡族金属盐（FeCl2、CoCl2、NiCl2）来制备球形活性炭。这种酚醛树脂是一种常用的碳源材料，可以通过调整添加剂的比例来控制最终活性炭的孔径分布。接下来，采用氮吸附法（BET法）和液相吸附实验来分析这些球形活性炭的孔结构和吸附性能。 #### 结果分析 - **过渡族金属的影响**：结果显示，加入过渡族金属能够显著加速炭-水反应的速率，尤其是铁的影响最为明显。 - **孔径分布**： - 添加FeCl2的样品展现出3~5nm以及10~100nm范围内的中孔和大孔。 - 添加NiCl2的样品则主要含有20~100nm范围内的中孔和大孔。 - 添加CoCl2的样品在中孔的形成上效果不明显。 - **吸附性能**： - 对于肌酐和维生素B12这两种模型吸附物，添加FeCl2的样品表现出最大的饱和吸附量。 - 添加NiCl2的样品吸附性能次之，而添加CoCl2的样品吸附能力最弱。 #### 孔结构分析 - **铁的影响**：铁的存在促进了球形活性炭的大孔和中孔的形成。这些较大孔径的存在有利于提高对较大分子（如肌酐和维生素B12）的吸附能力。 - **镍的作用**：镍同样有助于形成较大的孔径，但相比于铁，镍对孔径的影响较小。镍的存在更倾向于促进较大孔径的形成。 - **钴的效果**：与铁和镍相比，钴对孔径的影响较小，主要集中在微孔区域。这意味着钴的存在可能对吸附较小分子更为有利。 #### 吸附性能解析 - **铁的最大吸附量**：由于添加铁的样品具有较为丰富的中孔和大孔，这为肌酐和维生素B12等较大分子提供了足够的空间，从而导致了更高的吸附量。 - **镍的次级效应**：虽然镍也促进了较大孔径的形成，但由于其形成的孔径不如铁那样丰富，因此吸附能力略逊一筹。 - **钴的最小吸附量**：由于钴主要影响微孔区域，这对于较大分子的吸附来说并不理想，因此其吸附性能相对较弱。 #### 结论 本研究表明，在线型酚醛树脂中添加过渡族金属（特别是铁、钴和镍）可以有效调节球形活性炭的孔结构，并显著影响其吸附性能。铁的添加对于形成较大的孔径特别有效，进而提高了对特定吸附物的吸附能力。镍也有类似但较弱的效果，而钴则主要影响微孔区域，对较大分子的吸附效果较差。这些发现为进一步开发高性能活性炭材料提供了有价值的参考。