電處理是施加到某些材料表面的高壓和高頻放電。該設(shè)備通過放電使電極和基板之間的氣體(O3，O2)電離而引起表面氧化，從而在表面上引起共價(jià)反應(yīng)并改變材料性能。然而，盡管已經(jīng)研究了類似的處理方法，例如等離子體處理和空氣介電勢(shì)壘放電，但該處理方法尚未用于引起活性炭的表面改性。因此，本研究的目的是評(píng)估電處理(放電)對(duì)商用活性炭表面改性的影響。表面改性可能導(dǎo)致活性炭具有不同的性能。在這項(xiàng)研究中，使用粉末狀的活性炭。活性炭在距源4.5厘米高的不同暴露時(shí)間(2、5、8和10分鐘)進(jìn)行電處理。為了觀察處理引起的差異，對(duì)活性炭進(jìn)行了酸度，表面官能團(tuán)，傅立葉變換紅外光譜(FTIR)和熱重分析。

　　材料和方法

　　在這項(xiàng)研究中，使用了活性炭�；钚蕴拷�(jīng)過三維表面電擊設(shè)備， 0.5 kW功率，220 V和60 Hz的頻率產(chǎn)生的放電(圖1)。

　　圖1：電擊設(shè)備(a)控制箱、(b)電擊頭、(c)排放頭、(d)表面處理布置。

　　電處理用于促進(jìn)樣品的表面氧化。將樣品放在鋁箱中(圖1d)，目的是為了均勻處理并避免過程中的損失，因?yàn)榛钚蕴砍史勰�狀，并且與放電接觸會(huì)造成損失。使用了四種電處理，改變了樣品對(duì)放電的暴露時(shí)間。標(biāo)準(zhǔn)處理方法之一(T1)。因此，在該處理中沒有進(jìn)行曝光放電。其他處理的曝光時(shí)間分別為2、5、8和10分鐘(分別為T2，T3，T4和T5)。每次處理稱重約2.0 g的活性炭。電擊頭部高度確定為4.5厘米。

　　表面分析和功能組

　　活性炭表面化學(xué)的研究非常重要，因?yàn)閷?duì)于某些應(yīng)用，吸附劑和被吸附物之間的反應(yīng)或相互作用是必要的。表面化學(xué)與活性炭表面上官能團(tuán)的存在及其特性有關(guān)。可以觀察到，盡管有些變化，但是隨著電處理的暴露時(shí)間的增加，酸度有增加的趨勢(shì)。因此，可以推斷出表面氧化是通過氧原子的插入和借助化學(xué)鍵形成官能團(tuán)，從而改變了活性炭的表面化學(xué)而發(fā)生的。通過暴露于電處理而發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)促進(jìn)了材料表面原子與該處理所結(jié)合的原子(主要是氧原子)之間形成共價(jià)反應(yīng)。共價(jià)反應(yīng)是由放電引起的氣體電離產(chǎn)生的。

　　由于處理而引起的不同官能團(tuán)的數(shù)量。通常，與其他官能團(tuán)相比，主要官能團(tuán)是羧酸。除酸度外，由羧酸形成的基團(tuán)數(shù)目也有增加的趨勢(shì)，同時(shí)增加了電暈處理的暴露時(shí)間。這個(gè)事實(shí)可能解釋了酸性增加的趨勢(shì)，因?yàn)檫@些基團(tuán)是強(qiáng)酸，并且是活性炭酸性的主要成分。隨著暴露時(shí)間的增加，羧基的形成是由于表面氧化，活性碳與大氣中的氧之間形成了共價(jià)鍵。同樣，暴露時(shí)間的增加可能會(huì)降低來自活性炭的電子密度，從而降低活性炭的還原性能。

　　傅里葉變換紅外光譜(FTIR)

　　處理過的和未處理過的活性炭的光譜如圖2所示。根據(jù)光譜，基本上有兩個(gè)主要的帶，它們根據(jù)分子振動(dòng)具有活性炭。3500 cm-1處的譜帶對(duì)應(yīng)于OH拉伸，主要是羧酸官能團(tuán)。1600-1700 cm-1處的譜帶對(duì)應(yīng)于酚基中羧酸或內(nèi)酯的C=O拉伸。

　　圖2：來自活性炭未處理和電處理過的FTIR光譜。

　　熱重分析(TGA)

　　熱重分析如圖3所示。可以觀察到處理過的和未處理過的活性炭的降解情況。這種分析可以評(píng)估高溫下的熱穩(wěn)定性以及某些結(jié)構(gòu)隨溫度的退化。

　　圖3：在N 2氣體下未處理的活性炭和相應(yīng)的處理的熱重曲線。

　　根據(jù)圖3，不同的處理導(dǎo)致熱分解曲線有所不同。此外，不同處理的殘留質(zhì)量也有所不同，處理T1，T4和T5呈現(xiàn)更高的殘留質(zhì)量，表明這些處理具有更高的耐熱性。處理T2和T3的殘留量較低，表明處理的耐熱性較低。此外，這些處理在后期殘留質(zhì)量之間存在重大差異而脫穎而出。根據(jù)處理(電擊時(shí)間)，降解曲線的差異可能與表面上不同官能團(tuán)的存在有關(guān)。在熱過程中，由于存在的官能團(tuán)，會(huì)形成不同的產(chǎn)物，從而導(dǎo)致更高或更低的質(zhì)量損失，因?yàn)榛钚蕴康臒岱纸夥磻?yīng)了其表面上官能團(tuán)的存在。然后，官能團(tuán)的類型和數(shù)量都會(huì)影響熱重曲線。但是，由于表面官能團(tuán)的降解與其結(jié)構(gòu)不同，因此官能團(tuán)的類型具有更大的影響，并且可以解釋處理之間的差異。

　　活性炭的表面改性和吸附性能

　　這項(xiàng)研究的表面改性活性炭在通過質(zhì)地和吸附能力進(jìn)行了表征和測(cè)試。表面改性受到電處理的影響。這些結(jié)果與時(shí)間電擊有關(guān)，與未處理的活性炭完全不同。通過吸附等溫線(陽離子和陰離子)，動(dòng)力學(xué)吸附，表面積和掃描電子顯微鏡對(duì)表面改性的活性炭進(jìn)行評(píng)估。電暈處理影響了陰離子和陽離子染料的吸附。由于表面化學(xué)和質(zhì)地特性的差異，電處理過的活性炭在吸附這些不同分子時(shí)具有不同的行為。然而，由于質(zhì)地特性的下降，電暈處理會(huì)對(duì)吸附產(chǎn)生負(fù)面影響(亞甲藍(lán)減少25%，剛果紅減少14%)。吸附平衡的處理之間存在差異。這些差異是由于活性炭的表面修飾。表面積和孔隙率受到電處理的影響。掃描電子顯微鏡顯示，比較了原始活性炭和經(jīng)過處理的活性炭，發(fā)現(xiàn)孔隙被放電破壞。

　　我們?cè)u(píng)估了電處理對(duì)商用活性炭表面改性的影響。電處理根據(jù)放電時(shí)間對(duì)活性炭進(jìn)行了表面改性。發(fā)生這種修飾是由于表面氧化反應(yīng)，特別是C和O原子之間的共價(jià)鍵。反應(yīng)通過氣體的電離發(fā)生，使表面更具反應(yīng)性。通常，處理過的活性炭具有較高的酸度，較高的羧酸含量，氧氣和揮發(fā)性含量，O/C比以及較少的內(nèi)酯，苯酚，碳和固定碳含量。根據(jù)處理，由于新的表面基團(tuán)，分子振動(dòng)能，熱分解曲線和殘余質(zhì)量存在差異。表面改性可以提高活性炭吸附特定物質(zhì)的能力，因?yàn)楸砻婊瘜W(xué)是影響吸附的主要因素。電暈處理可以成為活性炭表面改性的一種新方法，可以提高活性炭的比吸附能力。需要針對(duì)電暈處理過的活性炭對(duì)吸附過程的影響進(jìn)行的新研究，并且需要在不同的吸附劑和條件下進(jìn)行。電處理可用于木材和其他木質(zhì)纖維素材料中以改變性能。

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