活性炭纖維對NO氣體吸附性能的研究進展

黃偉成　范家鑫　談珍妮

【摘 要】本文主要介紹了活性炭纖維對NO氣體的吸附性能特點，同時還分別介紹了單純活性炭纖維、物理改性和化學改性活性炭纖維在吸附NO氣體方面的研究成果。

【關鍵詞】活性炭纖維；吸附性能；NO；研究進展

活性炭纖維（ACF）是一種新型高效的多功能材料，具有比顆粒活性炭更大的吸附容量和更佳的吸附動力學性能以及很大的比表面積，良好的孔結構，豐富的表面基團，高效的原位脫氧能力，其化學穩定性也較好，因而在氣體凈化領域得到廣泛的運用，包括對于NO的良好吸附及催化氧化作用，以及通過改性負載等方法使得吸附性能大大提高。世界各國對于ACF吸附及催化氧化NO進行大量的實驗研究。本文主要介紹了該領域的研究動態和發展趨勢，主要通過純活性炭纖維和改性活性炭纖維吸附NO兩方面進行介紹。

1 純活性炭纖維對于NO氣體的吸附研究

在純活性炭纖維對于NO氣體的吸附研究上，研究人員分別對于瀝青基、聚丙烯腈基和粘膠基炭纖維等不同前驅體活性炭纖維吸附性能進行研究。還研究了活性炭纖維物理性能對于吸附NO氣體性能的影響。此外，對于活性炭纖維對于NO氣體的吸附機理和NO氣體吸附效率進行了實驗研究。

Mochida等[1]系統研究了一系列瀝青基活性炭纖維的催化性能，了解到室溫下一種活性炭纖維可把煙道氣中的NO還原到10mL/m3以下，可以利用在多個方面。

吉村英夫等[2]報道了用瀝青基炭纖維氈在200～500℃間能高效的凈化柴油機排氣中的NO，他們對實車臺架實驗的結果做了詳細的報道。

劉鶴年等[3]研究表明，活性炭纖維可將NO部分催化轉化為NO2，較低比表面積的活性炭纖維由于較窄的孔徑分布和較大的類石墨從而有利于對NO的催化氧化。

楊輝等[4]研究表明，在氮氣氛圍下活性炭纖維表面C-O官能團對吸附態的NO起到氧化作用，吸附態NO被C-O官能團氧化生成-NO2官能團：在含氧氣氛下活性炭纖維吸附NO后表面出現-NO2·-NO3官能團。吸附在活性炭纖維表面上的NO與環境氣氛中游離態O2發生氧化反應是NO轉變為NO2的主要途徑。

許綠絲等[5]研究表明實驗條件下最佳工況為溫度30℃水蒸氣體積分數為8%氧氣體積分數為5%，此時NO的吸附效率為65.9%。

楊輝等[6]研究結果表明，環境氣氛中的O2分子可以先吸附于ACF表面形成兩個半醌基（C-O），之后C-O和吸附態的NO發生氧化反應生成-NO2；游離的O2也可以經過ACF表面的催化作用從而形成活性氧原子（O*）從而直接和吸附態的NO反應生成-NO2。與NO相比，O2分子的吸附能大。在同NO的競爭吸附中占據優勢，結合統計熱力學分析，吸附態的NO和游離態的O2所產生的活性氧原子發生氧化反應是NO轉化為NO2的主要途徑。

2 改性活性炭纖維對NO氣體吸附的研究

近年來，不斷的有實驗人員希望通過對于活性炭纖維的改性，從而提高活性炭纖維對于NO氣體的吸附效率。活性炭纖維的改性主要包括物理改性和化學改性。物理改性是用高溫，微波，電極等物理方法，改變活性炭纖維比表面積，孔徑等物理性能，提高活性炭纖維對于NO氣體的吸附性能。化學改性是通過引入活性官能團或負載催化劑等方法，增加活性炭纖維對于NO氣體的吸附。其中化學改性的效果較為明顯。

許綠絲等[7]研究表明，對ACF進行改性處理增加對NO的吸附能力及氧化催能力，因而增加了化學吸附量。改性ACF的空孔結構不會產生過多變化，物理吸附量減少不多。

郭占成[8]把瀝青基活性炭纖維經硫酸活化處理后，把煙道氣中氮氧化物進行選擇性催化還原，當氣體中氧含量約低于10%時，使用硫酸活化處理，低溫下瀝青基活性炭纖維對氮氧化物選擇性催化還原的活性得到較大提高。

張守臣等[9]研究表明， 硝酸處理增會加活性炭上的含氧活性而增加對于NO的吸附能力，經硝基浸漬的活性炭纖維氈前后，脫除NO氣體的反應速率常數r分別為： 0.953和r=0.982，表明經硝酸處理后脫除NO的性能有所提高。

李國希等[10]研究表明 電積沉Pt沒有改變活性炭纖維的微孔結構，Pt粒高度分散在活性炭纖維的外表面，Pt-AFC和AFC的等量吸附熱之差達到1.6KJ/mol，并且NO的吸附量顯著增加，說明化學吸附的存在。

符若文等[11]研究表明經400℃熱處理的負載鈀活性碳纖維在300℃以上的催化溫度對CO/NO混合氣體有很高的轉化效率，在合適條件下可達到100%。對于單組份Pd負載活性炭纖維，Pd負載量達到4.11%時性能最佳，對于Pd/Cu的混合組分負載的活性炭纖維，Pd負載量5.1%時達到最佳。

3 結語

盡管活性炭纖維在廢氣處理中具有獨特的優勢，但由于受到當前技術水平的限制，其在工業生產中的應用仍然有不少問題。首先要降低生產成本以及活化步驟與成本，提高解吸再生效率，使未來活性炭纖維制品在氣體凈化的應用方面更具競爭性。目前，人們面臨的迫切的問題在于大氣環境的改善，如果采用活性炭纖維對于汽車尾氣，工廠廢氣等進行處理可以有效地脫除其中的NO氣體，以達到保護環境的目的。

【參考文獻】

[1]Mochida. I， Korai. Y， Shirhama. M， et al. Removal of SOx and NOx over activated carbon fibers[J].Carbon，2000，38（1）：227-239.

[2]Yoshikawa. H， Kawamura. T， Tanaka. M， et al. Simultaneous Reduction of NOX and Soot Exhausted from Diesel Engine [J].SAE Paper 1994，940457

[3]劉鶴年，黃正宏，王明璽.常溫下瀝青基活性炭纖維對NO的催化氧化性能[J]. 化工學報，2011，62（2）：369-373.

[4]楊輝，劉豪，周康.活性炭纖維吸附脫除NO過程中NO氧化路徑分析[J].燃料化學學報，2012，40（8）：1002-1008.

[5]許綠絲，岑澤文，曾漢才.活性炭纖維吸附NO和SO2的實驗研究[J].華中科技大學學報：自然科學版，2006，34（2）：105-107.

[6]閆志強，王雷，楊輝.活性炭纖維催化氧化NO的量子化學研究[J].燃料化學學報，2014，42（12）：1478-1483.

[7]許綠絲，曾漢才，郭嘉.改性活性炭纖維（ACF）低溫脫除多種污染物機理的研究現狀[J].熱力發電，2006（12）：1-4.

[8]郭占成.活性炭選擇性催化還原（SCR）煙道氣中的NOx[J].環境工程，1999，17（4）：34-40.

[9]張守臣，趙修仁，劉長厚.硝酸浸漬對活性炭纖維還原NO性能的影響[J].化工學報，2001，52（8）：690-694.

[10]李國希，黃啟忠，侯娟，負載Pt活性炭纖維對NO的吸附活性[J].催化學報，2003，25（2）：107-110.

[11]符若文，杜秀英，曾漢民.負載金屬基活性炭纖維對一氧化碳和一氧化氮的吸附及催化性能研究[J].新型炭材料，2000，15（3）：1-6.

[責任編輯：王偉平]