发布日期：2018-11-06 15:26 来源：活性炭网 作者：活性炭网 浏览数：
抽象 为了深入了解NO 2的 吸附机理 ，研究了通过橄榄石化学活化制备的不同活性炭的结构特性和表面化学 。 通过在磷酸中浸渍橄榄石然后热碳化来制备母体化学活性炭。 然后，通过化
氮氧化物（NO x）是污染最严重的气体之一，并且很大程度上导致酸雨形成和臭氧层的消耗。NO x也用于各种二次加工，产生有害分子如臭氧和酸化合物。几个过程被用于NO X排放物处理，包括NO X储存还原（NSR）和选择性催化还原（SCR）[ 1，2，3，4 ]。这些方法特别适用于汽车废气的处理，但它们很昂贵并且导致工业设备中技术上复杂的应用。因此，现在对NO x的研究控制技术主要集中在识别更便宜和更有效的消除技术上。
最近，使用活性炭在低温下除去NO 2已被证明是一种很有前景的技术。几个前体如锯末粒料[ 5 ]，烟煤[ 6 ]，棕榈壳[ 7 ]，咖啡工业废料[ 8 ]，日期结石[ 9，10 ]，和污水污泥[ 11 ]已被用于AC生产。评估这些活性炭在环境温度下除去NO 2的性能。的吸附容量的范围为17至140mg / g的[ 5，6，7，8，9，10，11，12，13 ]取决于激活过程和用于吸附[操作条件14 ]。
NO 2可以通过物理吸附，化学吸附和/或还原过程吸附在活性炭表面上。特别是，先前的调查显示各种表面配合物，如C-NO的形成2，C-ONO，C-ONO 2，和CO [ 15，16，17 ]。这些表面络合物主要在外表面形成，它们可以被认为是新的官能团或由NO 2与已存在的表面氧基团相互作用形成的临时活化物质[ 18 ]。
一些研究调查了氧表面基团对活性炭吸附NO 2的作用。应用各种处理以制备具有不同多孔结构以及不同量和表面氧基团性质的活性炭。贝拉拉等人。[ 9 ]研究了低温下NO 2在由日期坑制备的活性炭上的吸附。在该研究中，最大吸附容量为约107mg / g。作者观察到，随着活化时间的增加，孔隙率的发展有利于NO 2的吸附能力。Belhachemi等。[ 10 ]比较了NO 2的去除使用日期坑活性炭和改性商品化活性炭。由枣坑制备的活性炭产生有效的吸附剂，其特征在于吸附能力类似于商业吸附剂。使用商业活性炭GAC达到的最大吸附容量为约136mg / g。作者报道，通过增加酸性表面基团的量，吸附能力降低。Nowicki等人。[ 19]研究了用尿素处理改变活性炭表面的质地特性和酸碱特性的效果。此外，他们表明，针叶树木屑的活化和改性程序的选择产生具有高二氧化氮吸附能力的活性炭（在潮湿条件下达到69mg NO 2 / g）。吸附容量似乎取决于吸附剂表面的质地特性和酸碱特性。Bazan等人证实了这些观察结果。[ 13 ]表明具有低发展表面积的活性炭（从2到206 m 2 / g变化，具有清晰的基本表面特征）如何有效去除NO 2 来自大气层。
除了活性炭的化学改性之外，还研究了金属浸渍以提高吸附容量。Sager等人。[ 20 ]报道了改性活性炭与CuO / ZnO对室温下NO 2吸附的影响。作者已经表明，用5wt％CuO / ZnO改性活性炭导致NO 2吸附能力增加。结果还表明，通过将金属氧化物负载量增加至20wt％，吸附剂的效率可以增加一倍以上。以类似的方式，Yoo等人。[ 21]研究了一种浸泡在含有Cu和Mn等金属的水中的活性炭过滤器。结果表明，载有各种金属的活性炭可以有效降低室内空气中的NO 2和HONO浓度。通过比较不同活化途径的橄榄石制备的三种活性炭的吸附性能，研究了多孔织构和表面化学对低浓度NO 2去除的影响[ 22 ]。
在NO 2与碳材料的相互作用过程中，释放出大量的NO [ 23 ]。因此，当使用活性炭吸附剂时，重要的是找到在吸附步骤期间将NO 2还原为NO的方法。薛等人。[ 24 ]研究了活性炭表面性质对NO吸附的作用。结果表明，湿法氧化处理可以增加碳表面上的表面氧基团的量，从而增强NO的吸附。Bashkova等人证实了这些观察结果。[ 25 ]在去除NO 2用尿素改性的木基活性炭，在950℃下进行热处理。作者发现，诱导表面修饰对NO 2吸附以及NO的吸附（吸附步骤中NO 2还原产物）具有积极作用。
虽然文献中大量报道了NO 2吸附在活性炭上的机理，但表面氧基团的作用仍不明确。因此，本工作旨在阐明纹理特性和表面化学在NO 2吸附在活性炭上的过程中的作用。为此目的，已经从相同的前体开始制备了一系列活性炭，以具有相似的质地性质和不同量和类型的表面基团。这种方法允许吸附性能和机理（物理吸附，化学吸附）与活性炭的不同性质相关联。
根据先前报道的优化方案，从橄榄石制备母体化学活性炭[ 26 ]。首先，用大量热蒸馏水洗涤原始前体，以获得直径在1和3mm之间的橄榄石颗粒。然后，将一部分橄榄石样品浸泡在含有正磷酸（H 3 PO 4 50％，w / w）的水溶液中。）重量比（1：3）。将悬浮液在110℃下搅拌9小时。将过滤的材料干燥并在氮气流下在170℃下碳化30分钟，最后在410℃下处理2小时30分钟。然后用蒸馏水小心地洗涤所得的碳，表示为A，直至完全除去酸。制备过程在110℃下过夜干燥结束。
为了制备具有不同表面化学的AC，应用了各种方案。以下各节介绍了不同的协议。
将质量为30g的化学活性炭（A）与250mL的1M硝酸水溶液混合并在回流下搅拌8小时。过滤所得物质并用蒸馏水小心洗涤，直至过滤水的pH值约为7.样品标记为A-HNO 3。
将质量为50g的化学活性炭（A）加入1M的NaOH溶液中并回流3小时。然后，过滤活性炭并用蒸馏水大量洗涤。最后，将其在105℃下干燥过夜并标记为A-NaOH。
将样品A在10NLh -1的氮气流下在900℃下放置1小时，然后冷却至室温。该处理对于去除表面氧化官能团是有效的。将所得样品标记为A-TT。
扫描电子显微镜（飞利浦模型FEI模型Quanta 400 SEM，阿姆斯特丹，荷兰）用于分析不同活性炭的形态和微观形状。通过使用自动气体吸附分析仪（ASAP 2010，Micrometrics，Norcross，GA，USA）测量N 2吸附等温线来表征活性炭样品的孔结构。在测量之前，将样品在120℃下在真空下脱气12小时，以确保干燥的表面没有任何松散吸附的物质。比表面积由N 2计算 - 应用Brunauer-Emmett-Teller（BET）方程的吸附等温线，这提供了关于结构特征的重要信息。应用t-绘图法计算微孔表面积和微孔体积。
还应用不同的技术来分析活化过程中形成的表面氧基团和活性炭的改性。
通过程序升温脱附与质谱（TPD-MS）分析样品的表面化学。将重10mg的样品置于石英管中，并在真空下以5℃/ min的线性加热速率进行热处理。在25-900℃的温度范围内评估材料表面化学性质。在加热过程中产生的气体通过质谱仪连续和定量分析。通过TPD分析确定每种气体的解吸速率随温度的变化。通过TPD曲线的时间积分计算释放的每种气体的总量。
傅立叶变换红外光谱（FTIR）用于使用光谱仪FTIR（具有由PIKE Technologies，Madison WI，USA制造的漫反射附件的Jasco FT-IR 4100系列分光光度计）表征活性炭的主要功能表面基团。通过将活性炭粉末与细分光谱级KBr混合并压制，获得各种样品的自支撑粒料。对于每个光谱，获得至少30次扫描，光谱分辨率为16cm -1。在这些分析期间，考虑所有样品的类似量和厚度，以便能够比较不同表面组的峰强度。
Boehm方法描述如下：将1g每种样品在72小时内置于50mL 0.1N的盐酸，氢氧化钠，碳酸钠和碳酸氢钠溶液中。然后，用HCl或NaOH滴定每种溶液中的残余酸或碱。假设NaOH中和羧基，酚和内酯基团，Na 2 CO 3中和羧基和内酯基团，NaHCO 3仅中和羧基，确定酸性基团的数量。碱性基团含量是从与碳反应的HCl的量获得的。
NO 2吸附实验在图1中所示的固定床反应器中进行。对于每个实验，将100mg活性炭沉积在置于垂直石英反应器（内径为6mm）中的熔融石英玻璃料上。通过放置在AC样品表面上方1mm处的热电偶测量床温。将含有在氮气流中稀释的500ppmv的NO 2的气流混合物通过吸附剂（AC）的固定床柱注入。通过使用BROOKS 5850质量流量控制器（Seattle，WA，USA）维持恒定的气体流速20NLh -1。出口NO，NO 2，CO和CO 2 通过ROSEMOUNT NGA 2000检测器（St.Louis，MO，USA）连续监测浓度，获取时间为2秒。
用于NO 2吸附测试的实验台的照片。
根据等式（1）和（2）计算吸附的NO 2的量：
其中NO 2ads（t）是NO 2的吸附率（μmol/ s）或AC的吸附容量（mg / g）。NO 2inlet是入口NO 2浓度（ppmv的）。NO 2 出口和NO 出口分别是出口NO 2和NO浓度（ppmv）。Q对应于气体流速（NL / s）。V M是正常条件下的摩尔体积（22.4L / mol）。M NO2是NO 2的摩尔质量（46,000mg / mol），m AC是用于吸附试验的活性炭的质量（g）。
在将样品暴露于NO 2流后，将反应器冷却至室温并在氮气氛下以5℃/ min的加热速率进行TPD分析至900℃。解吸曲线显示出可以归因于吸附在活性炭表面的组分分解的峰[ 27 ]。根据等式（3）和（4）计算TPD实验期间解吸的NO 2和NO 的量：
根据这些计算，可以假设释放的NO量对应于化学吸附的NO 2，而TPD期间释放的NO 2量可以与NO 2的物理吸附分数相关。
样品A和A-HNO 3的 SEM图像分别示于图 2a ，b中。样品显示出不同的表面形态，与所应用的AC活化程序无关，并且在不同的酸和操作条件下进行。
样品2活性炭（AC）样品的扫描电子显微镜（SEM）显微照片，放大倍数为×2000：（a）A; （b）A-HNO 3。
用H 3 PO 4活化的样品A 在紧密压实的片材中呈现排列。磷酸基团的添加（或插入）驱动扩张过程，在除去酸后，使基质处于膨胀状态，具有可接近的孔结构[ 28 ]。用HNO 3分析改性的活性炭（图 2b）显示，即使在处理8小时后，母体活性炭形态的保守性也没有扩大大孔隙率。这与先前在酸浓度增加的氧化处理过程中观察到的情况相反，这通常导致碳骨架的崩溃[ 29 ]。
图3显示了在-196℃下对于不同AC样品获得的氮吸附等温线。根据IUPAC分类，所有AC显示I型等温线，并且对于微孔材料是典型的。此外，样品A显示出最高的氮吸收，对应于最高的表面积和最佳的孔隙度。对该样品进行的所有表面处理导致氮吸收减少。
在（A）之前和表面处理之后（A-HNO 3，A-NaOH和A-TT），在-196℃下对于不同的AC样品获得氮吸附等温线。
使用非局部密度泛函理论（NLDFT）方法估计不同样品的孔径分布（PSD）。结果如图4所示。样品A呈现以超微孔范围为中心的单维PSD（孔宽度分布的最大值小于1nm）。所有其他样品，特别是NaOH处理的样品，在微孔范围内显示出更宽的PSD（孔宽度在0.6nm和2.5nm之间）。这个宽的值范围可归因于由于基面的破坏而导致的微孔的扩大。
通过非局部密度泛函理论（NLDFT）方法估计的不同AC的孔径分布。
由氮吸附等温线推导出的碳材料的结构特性见图5。正如所料，样品A具有最高的表面积和最佳的内部孔隙率。活性炭基本上是微孔的。此外，所有表面处理导致其孔体积和表面积减小。对母体活性炭孔隙率影响最大的表面处理是用硝酸和NaOH进行的表面处理。处理样品的微孔体积的减少可能与新产生的可能阻碍微孔进入的氧化物官能团有关，或与涉及微孔部分的聚结过程有关，并且是由于微孔壁的破坏而导致的。氧化。Shim等人。[ 30]观察到，由于石墨基面的高稳定性，预期氧表面基团位于基面的边缘并且相对弱地结合到碳结构。
Brunauer-Emmett-Teller（BET）表面积和微孔体积（通过Horvath-Kawazoe方法计算）用于不同样品，由在-196℃下进行的N 2吸附等温线推导。
相反，热处理后观察到的孔隙率的轻微降低是出乎意料的，因为热处理导致更稳定的氧官能团的去除和孔隙释放。各种研究团体已经报道了碳孔隙率的热处理[后增加31，32，33，34 ]。在该研究中，在900℃下进行的热处理可能太高，因此略微损害内部碳孔隙率。
TPD-MS实验提供了由于活性炭表面上存在的氧官能团分解而导致的CO 2和CO排放的演变。确定TPD期间排放的CO和CO 2的量给出了活性炭上存在的表面氧基团的量的估计。此外，不同的解吸温度对应于不同氧表面基团的存在。的CO 2在低温下释放（从200至500℃）从磺酸表面基团的分解导出，同时CO排放涉及弱酸性，中性和碱性基团，这是更热稳定的，因此在发射的分解更高的温度（从400到800°C）[ 31，32 ]。来自各种样品的CO 2的TPD曲线显示在图6中。显然，对样品A进行的TPD-MS实验的特征在于存在CO 2排放，这归因于酸性基团如羧酸，内酯和酸酐的存在。这些氧表面基团在磷酸活化过程中产生。HNO 3对碳A的氧化显着增加了酸性基团的量，如图6所示。相反，CO 2通过NaOH处理，排放显着降低，但不会完全消失。这种行为归因于用NaOH中和强酸性基团如羧酸。
样品A和用HNO 3或NaOH 处理的A样品的CO 2解吸曲线。
图7显示了来自所研究的各种样品的CO的TPD曲线。这些轮廓在峰和强度方面具有不同的形状。因此，似乎很清楚表面组的性质在不同样品之间是不同的。特别地，样品A显示出在400和800℃之间的主峰，这归因于酸酐，苯酚和醚基团。样品A-HNO 3显示一个大峰，CO的量增加到600℃以下。这种行为归因于苯酚和酸酐表面基团的存在。相反，在A-NaOH样品的CO排放中获得了令人感兴趣的结果。特别是，图7中显示了两个不同的峰这清楚地表明Na-OH处理后表面性质的改变。第一个峰在600和800℃之间获得，并归因于弱酸性和中性基团，例如醚和羰基。第二个峰是在800°C以上获得的，归因于碱性基团，如色烯，吡喃酮和酮[ 31 ]。
样品A和用HNO 3或NaOH 处理的A样品的CO解吸曲线。
表1提供了通过整合图6和图7中所示的TPD曲线获得的定量结果。如表1所示，对于不同的样品，解吸的CO量似乎非常相似。然而，表面组的性质在样品之间不同。此外，由于强酸性基团中和，在NaOH处理后CO 2的量减少。相反，热处理消除了主要的氧表面基团。
在程序升温脱附（TPD）实验期间用样品A，用HNO 3或NaOH 处理的A样品和用热处理的样品A进行的气体释放量。
| 碳 | CO 2（微摩尔/克） | CO（μmol/ g） | H 2 O（μmol/ g） | H 2（μmol/ g） |
|---|---|---|---|---|
| 一个 | 719 | 3430 | 3460 | 1800 |
| A-HNO | 1560 | 3770 | 2160 | 1310 |
| A-氢氧化钠 | 217 | 3190 | 3300 | 4410 |
| A-TT | 0.25 | 3.04 | 1.98 | 2.05 |
通过Boehm滴定获得的结果报告于表2中。该值表明样品A仅具有酸性特征。这是由于使用磷酸作为活化剂。此外，样品A的特征在于内酯含量低，苯酚和羧基含量高得多。如TPD-MS所观察到的，用硝酸处理显着增加了氧化酸性表面基团如羧基，内酯和苯酚的数量。由于残留的NaOH的存在，不能对A-NaOH样品进行Boehm滴定。此外，未检测到A-TT样品的显着量。
通过Boehm滴定定量化学表面基团（meq·g -1）。
| 样品 | 羧基 | 内酯 | 酚类 | 总酸位 | 总基本站点 |
|---|---|---|---|---|---|
| 一个 | 1.45 | 0.05 | 0.7 | 2.20 | 0 |
| A-HNO 3 | 2.00 | 0.50 | 1.10 | 3.60 | 0.15 |
傅立叶变换红外光谱（FTIR）用于表征活性炭的主要功能表面基团。不同样品的FTIR光谱的500-1900cm -1范围表示在图8中。
在本研究中制备的不同活性炭的傅里叶变换红外光谱（FTIR）光谱。
观察到不同样品的各种条带和峰。对于样品A和A-HNO 3，观察到3000和3500cm -1之间的宽且强烈的肩部（图8中未示出），并且与吸附在表面上的水的羟基的伸缩振动有关[ 35 ]。 。以1700cm -1为中心的带归因于羧酸和内酯基团中C = O键的拉伸振动[ 36 ]。对于A和A-HNO 3样品也检测到该条带。在1580和1700cm -1之间观察到峰归因于CO基团的伸长振动的氧化表面基团如内酯，羧酸，和醌[ 37，38 ]。检测到所有样品的这些峰。对于A-NaOH样品，1640cm -1附近的峰可归因于醌的C = O键而不是羧酸。1250 cm -1处的带分配了醇，酚和醚基团的CO拉伸和OH弯曲模式[ 39 ]。
对于不同的样品也获得该条带，并且对于A-NaOH样品，该条带急剧增加。
由于文献中关于峰及其相应表面基团的结果的可变性，不同样品之间的比较是复杂的。在本研究中，A和A-HNO 3样品的FTIR光谱（图8）显示出相似的形状。然而，对于A-HNO 3样品，峰的强度更明显。这样的结果表明用硝酸处理样品A（样品A-HNO 3）增加表面化学官能团的量，例如羧基，内酯和酚基团，而不会强烈改变它们的性质。相反，NaOH和热处理似乎改变了样品活性炭的表面基团的性质。特别是，1700 cm -1附近的峰值归因于羧基和内酯基团的C = O伸展，以及朝向3050 cm -1的峰值归因于羧酸中存在的OH基团的伸长，在NaOH和热处理后消失。因此，NaOH和热处理在去除强酸性基团中起重要作用。此外，用NaOH处理通过在1250cm -1附近观察到的尖峰观察到苯酚和醚基团的显着增加。
目前对化学和热处理后不同活性炭表面化学演变的分析对于确定NO 2与AC在以下部分中的相互作用机制非常重要。
图9显示了在环境温度下对500mg NO 2浓度进料气体对100mg活性炭（A）进行的NO 2吸附测试期间记录的NO和NO 2气体的流出浓度。NO x曲线表示NO和NO 2的累积浓度。
在室温下吸附500ppm NO 2时活性炭A上的NO 2，NO和NO x的出口浓度。
一旦吸附测试开始，就观察到NO发射的急剧增加。然后在浓度值高于200ppm时NO浓度达到平台，并且仅在稳定16分钟后才能记录NO 2的排放。在活性炭表面与NO 2接触的最初几分钟内，部分NO 2在材料表面被还原为NO，直至稳定在200ppm，其余的NO 2似乎被吸附在表面直到表面部分饱和。然后，在600秒的实验后，NO 2的穿透曲线的斜率增加。总NO 2对活性炭测量的吸附容量相当于64.5mg / g，当表面被NO x饱和时，在6000s后得到。该吸附容量低于从日期坑[ 10 ]和橄榄石[ 27 ] 制备的物理活性炭所获得的吸附容量，其分别对应于129mg / g和131mg / g。这种差异可归因于活性炭表面上存在大量酸性基团。Belhachemi等。[ 10 ]观察到湿式氧化处理后商业活性炭的吸附能力下降。
在吸附步骤结束时，通过在5℃/ min的加热速率下将样品从室温加热至800℃，在氮气流下进行程序升温脱附分析。记录NO 2，NO，CO 2和CO排放随温度的变化，如图10所示。在TPD实验期间，在不同的温度间隔观察到几个峰。这种行为证实了在NO 2吸附过程中各种表面物质的形成。
在活性炭A表面被NO 2饱和之后，在氮气流下进行的TPD实验期间观察到的NO 2，NO，CO和CO 2的排放。
图10显示NO 2在低温下解吸，在78°C达到最大值并在120°C结束。低温下的这种发射归因于物理吸附的NO 2。如 2.5节所述，该曲线的积分允许在吸附测试期间量化物理吸附NO 2的量（表3）。
化学吸附，物理吸附和吸附在用HNO 3处理或未处理的活性炭表面的NO 2总量。
| 样品 | 一个 | A-HNO 3 |
|---|---|---|
| NO 2吸附容量（mg / g） | 64.5 | 57.2 |
| NO 2物理吸附（mg / g） | 51.6 | 45.3 |
| NO 2化学吸附（mg / g） | 12.9 | 11.9 |
NO排放分析表明它与CO和CO 2释放同时发生。NO发射在60℃开始并在120℃达到最大值，并且峰值叠加在CO和CO 2的峰值上。因此，CO和CO 2的排放与活性炭表面上NO 2的化学吸附有关。实际上，Jeguirim等人已经提到了表面络合物的形成。[ 23 ]，根据等式（5）和（6）分解：
NO 2和NO曲线的积分可以量化物理吸附和化学吸附NO 2的量（分别为51.6和12.9 mg / g），据我们所知，这种方法和量化是第一次这里介绍了它们以前从未在文献中应用过。事实上，没有其他研究调查过NO 2吸附在活性炭上后的TPD步骤。
为了进一步了解活性炭酸性表面物质对NO 2吸附的影响，用硝酸处理的活性炭在NO 2吸附中进行了测试，并与样品A进行了比较。实际上，A-HNO 3样品呈现出表面上的酸基团数量高于样品A. 图11显示了用HNO 3处理或不处理的不同活性炭在25℃ 下NO 2的累积吸附容量。
吸附在用HNO 3和活性炭A 处理的活性炭表面上的NO 2量在25℃下直至饱和的演变。
不同样品之间的比较显示通过用HNO 3处理降低了吸附容量。这些结果清楚地表明，对于具有更多羧酸，内酯和酚表面官能团的活性炭，获得了最低的吸附容量。然而，重要的是跟随质地特性的演变与硝酸的处理。这些特性的分析表明，由HNO氧化3归纳了活性炭的比表面积的减少从1175米2 / g的样品A至971米2 / g的样品A-HNO 3。类似地，观察到微孔体积的减少（从0.45cm 3/克样品A至0.40厘米3 / g的样品A-HNO 3）。此外，微孔体积的减少也可以在一定程度上解释HNO 3处理后吸附容量的降低。
正如所料，用硝酸处理活性炭表面表明它不会促进NO 2的吸附。为了将吸附容量的两种效应（表面化学，微孔体积）分开，我们比较了物理吸附和化学吸附NO 2的量。对于这些计算，我们假设TPD期间释放的NO对应于化学吸附的NO 2物质，而排放的NO 2对应于物理吸附的NO 2。如前所述，分别通过NO 2和NO曲线的积分计算物理吸附和化学吸附的NO 2的量。获得的值显示在表3。
化学吸附NO 2的部分从12.9mg / g略微降低至（样品A）至11.9mg / g（样品A-HNO 3）。因此，在活性炭表面上添加酸性基团可能会抑制化学吸附过程。这种行为与之前对Belhachemi等人的调查一致。[ 10 ]。作者发现，羧基的存在可能抑制NO 2还原为NO，这是NO 2吸附的关键步骤。表3还显示了物理吸附NO 2的量酸处理后，从51.6mg / g显着降低至45.3mg / g。这种降低似乎与微孔体积从0.45cm / cm降低到0.40cm 3 / g相关。该信息导致假设NO 2的物理吸附部分直接位于活性炭的微孔隙中。物理吸附的NO 2物质可以通过空间效应在微孔内部被阻挡，热搅拌可以足以提取这些分子。根据等式（5）和（6），NO 2的化学吸附部分与C *和C * O表面基团相互作用以形成表面络合物（C *表示来自活性炭结构的碳原子）。用HNO 3处理导致形成新的表面基团。然而，与母体活性炭A相比，相同数量的C *和C * O表面基团似乎可用于化学吸附。这些稳定的基团牢固地锚定在活性炭的表面上，但它们的位置和性质尚未确定解释。
为了进一步了解活性炭表面性质对NO 2吸附的影响，还在NO 2吸附试验中测试了用NaOH处理的活性炭A. 图12显示了样品A和A-NaOH的吸附容量的变化之间的比较。显然，吸附容量从样品A的64.5mg / g增加到样品A-NaOH的79.1。这种增加可归因于在NaOH处理后在活性炭表面形成碱性基团或酸性基团的部分中和，如先前所示，其对NO 2具有负面影响。吸附能力。此外，用NaOH处理可产生可用于NO 2化学吸附的游离氧位点（C * O）。
对活性炭A和A-NAOH在25℃下的NO 2吸附容量。
为了进一步分析这些结果，已经确定了两种吸附试验中的化学吸附量和物理吸附量，并在表4中报告。
用NaOH处理或未处理的活性炭表面吸附的化学吸附，物理吸附和总量的NO 2。
| 样品 | 一个 | A-氢氧化钠 |
|---|---|---|
| NO 2吸附容量（mg / g） | 64.5 | 79.1 |
| NO 2物理吸附（mg / g） | 51.6 | 42.9 |
| NO 2化学吸附（mg / g） | 12.9 | 36.2 |
表4显示碱处理后在活性炭表面化学吸附的NO 2的量从12.9毫克/克显着增加到36.2毫克/克。这种行为证实了NaOH对游离氧表面基团的可用性以及吡喃酮，酮，醌和色烯等碱性基团的增加的作用。因此，这些表面氧基团可用于NO 2的化学吸附。化学吸附之前可以在可自由获得的游离氧表面基团上将NO 2还原成NO，如Jeguirim等人所述。[ 23]。此外，化学吸附可以通过与碱性表面基团的相互作用直接发生。通过NaOH处理后NO 2还原为NO的减少来证实这种行为。实际上，在吸附试验中吸收的NO部分和吸附的NO 2的比例范围从样品A的1.05（NO排放：1.48 mmol / g，NO 2吸附：1.40 mmol / g）到样品的0.55 A-NaOH（NO排放：0.96mmol / g，NO 2吸附：1.72mmol / g）。Bashkova等人观察到归因于样品A-NaOH的基本特征的这种变形。[ 25 ]。此外，表4表明NO 2的物理吸附部分在NaOH处理后，用量也从51.6mg / g显着降低至42.9mg / g。这种行为可归因于A-NaOH的微孔体积与用HNO 3处理的活性炭的减少一样。
将热处理的活性炭（A-TT）的吸附容量与参比活性炭A进行比较。用这两种样品获得的NO 2的累积吸附容量示于图13中。
在样品A和A-TT表面上25℃吸附的NO 2量的演变直至饱和。
热处理导致在饱和时吸附的NO 2的量从64.65mg / g增加到104mg / g，尽管微孔体积仅从0.45cm 3 / g 非常轻微地降低到0.44cm 3 / g。Pietrzak等人观察到类似的行为。[ 11 ]在商用活性炭BAX-1500在950℃下热处理60分钟。作者表明，这种类型的处理使吸附容量从42.7增加到50.5 mg / g。他们将这种吸附能力的提高归因于活性炭碱度的增加。
此外，如对A-NaOH所观察到的，NO释放的部分和吸附的NO 2的比例从样品A的1.05降至样品A-TT的0.85（NO释放：1.84mmol / g，NO 2吸附： 2.26mmol / g）。这种行为证实，增加活性炭表面的碱性导致活性炭表面上NO 2还原为NO的减少。
对该研究中提出的不同结果的分析清楚地表明了活性炭的结构性质和表面化学对NO 2吸附机理的作用。特别地，可以在物理吸附的NO 2量的减少与不同活性炭的微孔体积之间建立良好的相关性（图14）。
微孔体积与不同活性炭上物理吸附NO 2的量之间的相关性。
此外，观察到表面氧基团的消除导致化学吸附的NO 2的增加。这些发现支持了Radovic等人的观点。[ 40 ]，即负责化学吸附的位点是位于石墨烯层边缘的无氧位点，而物理吸附遍布整个表面和孔隙。活性炭的表面碱度的增加减少了NO 2与活性炭相互作用期间的NO排放。因此，我们可以得出结论，发达的微孔和无氧位点以及碱性表面基团的存在是NO 2在活性炭上吸附的关键参数。
几项研究已经研究了从木质纤维素生物质前体制备的活性炭上的NO 2吸附。然而，影响NO 2与活性炭相互作用机理的关键因素仍未明确。因此，在这项研究中，制备了具有不同质地特性和表面化学的活性炭。然后，在环境温度下在固定床反应器中检测500ppmv NO 2在不同活性炭上的吸附。此外，在吸附测试之后应用程序升温脱附以量化物理吸附和化学吸附的NO 2的量。
结果表明，不同活性炭的吸附容量不同，表明了NO 2相互作用机理中表面化学和结构性质的作用。特别地，活性炭表面上存在强酸性基团主要影响NO 2物理吸附过程。事实上，这些表面氧基团可能阻止NO 2进入微孔。
相反，NO 2的吸附受到无氧位点的存在和碱性基团的存在的强烈影响。无氧位点允许NO 2还原成NO，这导致-C（O）基团的形成。NO 2可以化学吸附在这些-C（O）基团上或已经具有一个氧的基团上，例如碱性基团。
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