吸附VOCs的多孔材料.docx
吸附VOCs的多孔材料1、碳基材料1.1 活性炭活性炭(AC)具有较大的比表面积(600- 1400m2/g) 良好的孔结构(0. 5 1. 4cm3/g)和较高的VOCs吸附能力(10600nig/g),被认为是一种多功能吸附剂。 活性炭在废水处理、土壤修复和空气净化等方面的应用得到了广泛的研究，尤其 是在VOCs的处理方面。活性炭对VOCs的吸附性能受吸附条件、吸附剂理化性质 的影响。活性炭较大的比表面积和孔径能增加VOCs的吸附量。特别是活性炭表 面的化学官能团也是某些VOCs吸附的关键因素。1.2 生物炭生物炭由于丰富的原料和高效低成本，被认为是商用活性炭的潜在替代品 (Aguayo-Villarrealetal. , 2017) o生物炭的特性在很大程度上取决于原料和生 产条件。一般情况下，木质素含量和矿物含量高的原料易于产生高产量的生物炭。 未处理生物炭的孔隙结构不发达，限制了其对VOCs的吸附能力。通过物理改性 或化学改性可以大大改善生物炭的理化性质。生物炭因其原料丰富、成本低、能 耗低而被认为是一种潜在的商用活性炭替代品。与活性炭类似，生物炭也有易燃 性、堵塞毛孔和吸湿性的缺点。1. 3活性炭纤维活性炭纤维(Activatedcarbonf iber, ACF)是在20世纪60年代发展起来的一种 微丝排列形式。由于原料成本高、纤维纺纱和织造成本高、工艺处理后重量耗损 严重，市面上的ACF非常昂贵。ACF的微孔结构优于AC,但ACF表面的化学官能 团含量较少。这使得ACF具有疏水性，有利于吸附非极性或弱极性的VOCso由 于ACF制备的高成本，ACF在实际工业中的应用有限。1.4石墨烯二维(2D)结构的石墨烯由碳原子六边形排列的薄片组成，石墨烯具有优良的导电 性，超高的理论比表面积和强大的机械强度。由于其突出的物理化学特性，石墨 烯在电子领域、生物医学和环境处理等方面有广泛应用。石墨烯典型衍生物有氧 化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(rGO) o由于还原氧化石墨烯含有大量的氧基， 具有较强的疏水性，有利于吸附非极性或弱极性的VOCso石墨烯的应用缺点是 合成相对复杂，聚集问题严重。1.5碳纳米管碳纳米管(CNT)由石墨烯薄片组成，是一种新型纳米材料，具有独特的导电性、 旋光性和机械强度等特点。止匕外，碳纳米管具有较大的比表面积、天然疏水性和 较强的热稳定性，然而，利用碳纳米管做吸附剂吸附VOC还比较少见。2、含氧材料1沸石沸石分子筛具有疏水性好、比表面积大(250-800m2/g)、孔隙可调、不易燃烧等 优点，被广泛用作化学筛、吸附剂和催化剂。由于沸石的比表面和孔结构可调, 其对VOCs的吸附能力与AC相当。沸石的硅含量与其耐水性有关，可在合成过程 中进行调整。沸石因其吸附量大、热稳定性好、易重现性好而被认为是传统的 VOCs吸附剂之一。然而，沸石的合成过程复杂且耗时。2. 2金属有机骨架金属有机骨架(MOF)是由Hoskins和Robson (1989)最先发现的一类新型晶体杂化多孔材料。M0F由于其可调的孔隙结构和理化性质，是最有前途的吸附VOCs的 吸附剂。MOF对VOCs的吸附性能一般优于传统吸附剂(活性炭和沸石)。但也存 在一些阻碍其工业应用的缺点并且制备成本高昂。2. 3 粘土原料粘土具有较低的成本和良好的热稳定性，可作为VOCs吸附的替代材料。由 于粘土表面存在硅醇基团(Si-0H)和孔隙结构不发达，限制了粘土对VOCs的吸附 能力。酸改性、有机改性等改性方法可以有效提高粘土吸附能力或疏水性。2. 4硅胶硅胶(SG)是一种具有三维四面体结构和表面硅醇基团的无定形无机材料。SG具 有良好的热稳定性、机械稳定性和化学稳定性；具有低密度，高微孔表面积，以 及丰富的官能团(如硅烷和硅氧烷)等特点。而SG作为一种新型的多孔吸附剂， 对VOCs的吸附研究应用较少。3、有机聚合物有机聚合物可分为两类：超交联聚合物(HCP)和大孔聚合物。有机聚合物，尤其 是HCP (一种新型的主要微孔有机材料，成本低)具备孔隙度可调、重量轻、热 稳定性强、可灵活再生等特点，HCP缺失表面化学官能团，在潮湿条件下表现出 疏水性。HCP具有较大的比表面积和超疏水性质，在干湿条件下都有可能成为空 气净化和环境保护的吸附剂，但HCP合成过程复杂。4、复合材料在多组分、高湿度等复杂的工业应用中，单一材料的吸附剂难以满足实际需要。 多层纳米复合材料的制备引起了人们的关注，各种MOF基复合材料如MOF/炭 (MOF-c) s MOF/金属氧化物、MOF/二氧化硅和MOF/有机聚合物已成为空气净化的有效吸附剂。其他一些复合材料，如GAC/ACF. GO/CNT、SiC等，也有潜力成为VOCs捕获的有效吸附剂，但需要考虑制备成本。5、其他多孔材料粉煤灰（FA）作为一种工业废弃物，基于其特有的蜂窝结构、官能团、灰中未燃碳含量等特点，FA及其衍生物（沸石）是去除水溶液中重金属的优选吸附剂。污泥作为废水处理吸附剂的潜在前驱体，是“零残留”概念在人类活动中的典型 应用。污泥基吸附剂（比表面积达1000nr7g）的吸附性能与商用活性炭相当。
