吸附VOCs的多孔材料.docx

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1、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(600-140(2g)、良好的孔结构(0.5-1.4cm3g)和较高的VOCs吸附能力(10-600mgg),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-Villarrealeta

2、l.,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。L3活性炭纤维活性炭纤维(AetiVatedCarbOnfiber,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A

3、C,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VOCs。由于ACF制备的高成本，ACF在实际工业中的应用有限。L4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(GO)。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VOCs0石墨烯的应用缺点是合成相对复杂，聚集问题严重。L5碳纳米管碳纳米管(CNT)由石墨烯薄片组成，

4、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。此外，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2.1 沸石沸石分子筛具有疏水性好、比表面积大(250-800m2g)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

5、RobSon(1989)最先发现的一类新型晶体杂化多孔材料。MOF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-OH)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

6、；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)、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、G0CNTSiC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IOOom2g）的吸附性能与商用活性炭相当。