金属负载活性炭的制备与应用技术研究进展

张文亮，秦凡凡，樊 星,李星星，李新烛

(咸阳职业技术学院能源化工研究所，陕西 咸阳 712000)

1 引言

活性炭作为一种优质多孔炭材料，广泛用于食品、化工、纺织、冶金、印染等工业部门以及农业、医药、环保、国防等诸多领域中，染料的脱色、精制、回收、分离、废水及废气处理、饮用水深度净化、催化剂、催化剂载体以及防护等各个方面都离不开活性炭的作用[1]。随着科技的进步和经济的发展，对活性炭的需求量越来越大，尤其是近年来随着环保要求的日益提高，对活性炭的使用要求也愈加严格。

由于活性炭具有发达的孔隙结构和可调的表面化学性质，越来越多的学者试图对活性炭进行改性以提高其使用效果，常用的改性方法有物理法、化学法、金属负载法等。本文从提升活性炭的使用效果出发，简要的介绍了常见了活性炭改性手段，重点综述了金属负载活性炭的制备方法，旨在为活性炭行业利用效果的提升和可持续发展提供基础。

2 活性炭的改性

现阶段，传统的活性炭在使用过程中普遍存在孔径分布无序、比表面积不一、使用针对性不强等缺点[2]，而通过不同方法对活性炭进行改性，可以改善材料的孔隙结构和表面化学性质，提升其使用效果。活性炭改性常用的方法有物理法和化学法[3]。其原理和特点见表1。

表1 活性炭物理和化学改性

3 金属负载活性炭的制备及应用研究进展

其中金属负载法是采用浸渍、溶胶凝胶等方法使特定的金属或金属化合物以分子的形式负载至活性炭的表面及孔隙中，既优化调整了孔隙结构，又对其表面化学性能进行了改善。更重要的是，当活性炭作为催化剂载体而使用时，不同金属的负载会对有不同的催化用，所以，金属负载活性炭的制备在活性炭的使用领域有着十分重要的意义和价值。

现阶段大量的学者对活性炭的金属负载改性做了研究。孟红旗[4]等用溶胶凝胶法制备了负载Al3+、Zn2+、Ti4+、Fe3+的活性炭，研究了金属类型、碱化度和焙烧过程对活性炭吸附去除单宁酸性能的影响。结果表明，金属类型对吸附效果的影响不如碱化度显著，各项因素的顺序为：碱化度>中温焙烧>金属类型，吸附效果较改性前可提升17.28%～24.06%。李伟峰[5]等用浸渍法制备出了Cu/AC、Fe/AC、Ni/AC、Mn/AC四种负载催化剂，并将其应用于印染废水的催化氧化处理过程，结果表明载铜活性炭催化的效果最好，当pH值为5～7，投加量6 g/L时，处理60min，COD去除率可达85%以上。王连生[6]等以酸碱改性后的活性炭为原料，在特殊的金属盐溶液中浸渍一段时间，制备出了适用于能处理ZPT生产废水的负载活性炭。通过实验可获得95%的COD去除。汪昆平[7]用浸渍研究制备了负载钯和铜两种金属的活性炭催化剂，两种金属原子比为1∶1、Pd负载量为1.2%、Cu负载量为0.72%(均为质量分数)时，催化剂活性和选择性最优。胡明华[8]用浸渍法将稀土金属铈负载在活性炭上，并研究了其对印染废水的处理以判定负载效果。结果表明，当铈负载量为8 %时，吸附效果最好，其在焦化废水、兰炭废水和制药废水的处理上也有望取得良好的效果。闫璐[9]以市售活性炭为原料，用浸渍法制备出了氧化铜负载活性炭，并研究其性能。结果表明，氧化铜负载活性炭与负载前相比，比表面积减小，平均孔径增大，而且20%的CuO负载吸附剂活性较高，脱硫效果也最好。孙天宇[10]等基于活性炭改性技术，以ZnCl2为浸渍剂，以市售活性炭为原料制备出了负载氯化锌的活性炭吸附材料。通过BET实验可知改性后式样的比表面积明显下降，这是因为负载的Zn元素附着在活性炭上可能堵塞其孔道，而且这一下降趋势随着ZnCl2浓度的增加而增加。氨吸附性能测试表明当负载物浓度为21%时吸附性能最佳，平衡吸附量可达131.2 mg/g，但当负载浓度进一步增加时吸附能力反而下降。榆林学院高雯雯[11-12]等分别制备出了负载铜和负载铈-锰活性炭，分别将其用作吸附处理焦化废水和兰炭废水，经负载改性后的活性炭吸附效果均优于改性前，经过多次循环使用，COD去除率仍保持在50%以上。

4 总结

活性炭因其巨大的比表面积和多孔结构是一种优质的吸附剂和催化剂载体。不同种类的金属负载至活性炭上能改变式样的孔隙结构和表面化学性质，用于吸附过程和催化过程时能能促进分子间的结合效应，并能获得更好的吸附和催化结果，同时对拓展活性炭的用途、提升其使用效果，具有很重要的现实意义，这也逐渐成为了活性炭领域的研究热点和重点。