最新研究：退火活性炭去除異味效率提升38倍
熱干燥活性炭的吸附機(jī)理
惡臭氣體對(duì)眼睛、鼻子和呼吸道具有強(qiáng)烈刺激性，令人不快，在化糞池、污水系統(tǒng)、畜牧場(chǎng)和廢物處理廠等設(shè)施中隨處可見。這些氣體對(duì)人體和周圍環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，因此已經(jīng)開發(fā)了許多方法來消除它們。典型的除臭方法使用活性炭作為吸附劑。然而，活性炭的可回收性較低，很難去除復(fù)雜氣味氣體的來源進(jìn)行再利用。
韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院可持續(xù)環(huán)境研究中心的Jiwon Lee博士和Youngtak Oh領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組宣布，他們開發(fā)了一種活性炭制造技術(shù)，可以顯著改善空氣中四種有代表性的含氮?dú)馕痘衔铮∟OCs）的去除：氨、乙胺、二甲胺和三甲胺。研究團(tuán)隊(duì)不僅提高了活性炭去除氣味物質(zhì)的吸附效率，還發(fā)現(xiàn)了吸附劑與氣味氣體之間的吸附機(jī)理，為開發(fā)更廣泛的復(fù)雜氣味物質(zhì)吸附劑提供了可能。
熱干燥活性炭的DFT計(jì)算結(jié)果
在用硝酸氧化活性炭后，研究團(tuán)隊(duì)能夠通過熱退火工藝精確控制表面氧化程度，以提高NOCs的吸附效率。他們發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)活性炭相比，氧化程度最高的熱處理活性炭可以將氣味物質(zhì)的去除效率提高38倍。研究人員首次揭示了氧化活性炭表面的氧原子與含氮?dú)馕斗肿又械陌沸纬蓮?qiáng)氫鍵。這一發(fā)現(xiàn)反映了通過增加氧化程度來優(yōu)化NOCs吸附效果的原理，從而使更多的氫鍵可以與活性炭表面的胺形成。此外，研究團(tuán)隊(duì)還證明，與典型的氣體反應(yīng)不同，吸附劑和氣味物質(zhì)之間的相互作用主要受氫鍵數(shù)量的影響，而不是質(zhì)子親和力的影響。
此外，發(fā)現(xiàn)熱干燥活性炭（TDAC）將三甲胺的選擇性提高了13倍以上。這一結(jié)果代表了一個(gè)實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)，因?yàn)槿装吩趥鹘y(tǒng)的NOCs中具有最低的吸附效率。三甲胺是韓國(guó)法律規(guī)定的指定氣味物質(zhì)，是農(nóng)業(yè)、垃圾填埋場(chǎng)、污水和廢水處理廠的典型氣味來源。特別是，熱干燥的活性炭對(duì)三甲胺的平均可回收性為93.8%，與傳統(tǒng)活性炭的63%的可回收性相比，顯示出更高的經(jīng)濟(jì)效益。
研究人員稱：“通過確定氣味氣體的吸附機(jī)制，我們可以開發(fā)出專門用于去除特定氣體的材料，而經(jīng)過氧化過程的熱干燥活性炭生產(chǎn)相對(duì)簡(jiǎn)單，可以重復(fù)使用。因此，它可以用作過濾器和口罩等凈化設(shè)備的材料”。
本文作者：董帝豪
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