活性炭因其特殊的多孔表面結構及化學特性，能有效吸附氣體、有機色素及膠態物質等，被廣泛運用于化學工業、食品工業和環境保護等領域。果殼活性炭材料來源廣且經濟耐用，但由于其孔徑分布不均勻，比表面積較小，需要對其進行改性處理。通常，活性炭改性可分為物理法、化學法以及物理化學聯合法。目前關于化學法改性主要有氧化改性、還原改性、負載金屬改性、酸堿改性、電化學改性和負載雜原子及化合物改性等方式。

波濤活性炭廠家通過利用氨水對果殼活性炭進行化學還原改性，探究不同氨水濃度對改性后活性炭的表面形貌、比表面積及吸附效果的影響。通過實驗測試：“氨水濃度對果殼活性炭結構及性能的影響”，現將實驗結果分析如下：

一、氨水濃度對果殼活性炭表面形貌的影響

改性前，果殼活性炭表面有較多碎屑，部分碎屑直接填充在孔洞里面，如圖1（a）所示。在5%氨水改性后，活性炭表面碎屑明顯減少并發生內凹，出現大量溝槽，這些溝槽里又分布著大量孔洞，這些孔洞是微晶碳被不斷燒失，新舊孔隙頻繁交替的產物，而且分布比較均勻，孔徑約為1.1μm，如圖1（b）所示。

隨著氨水濃度提高到10%，改性后的活性炭表面雜質進一步減少，溝槽呈明顯的均勻分布，孔洞邊緣形貌更為清晰，孔徑大小均勻性較5%氨水改性樣品稍差，可以看到“孔中帶孔”的現象，孔洞并不完全通透，里面還有一層孔洞，可明顯增加活性炭的比表面積。而在15%氨水改性后，活性炭表面形貌及結構發生顯著改變，堿性增強后溝槽遭到更嚴重的腐蝕，結構幾乎消失，而孔洞則呈均勻分布，孔徑明顯減小，約為0.9μm。經過20%氨水改性后，內凹加深，重新獲得較為完整的溝槽結構，孔洞分布較為均勻，尺寸則進一步變小，約為0.6μm，如圖1（e）所示。

出現上述現象主要是由于氨水對果殼活性炭表面有一定的腐蝕作用，能腐蝕活性炭表面的孔壁。在一定范圍內，隨著氨水濃度的增加，果殼活性炭表面的腐蝕程度不斷加強，所得到的溝槽結構隨之發生變化。

二、氨水濃度對果殼活性炭孔結構的影響

在實際應用中，通常是利用活性炭的微孔結構來實現其吸附功能，因此，對于改性后的活性炭來說，測定不同氨水濃度對果殼活性炭微孔結構的影響尤為重要。本實驗利用氮氣等溫吸附脫附原理進行測定。由毛細凝聚理論可得，在不同的P/P_o下，發生毛細凝聚現象的孔徑范圍各不相同。

根據凱爾文方程可知：R_k=-0.414/lg（ P/P_o），臨界半徑R_k完全取決于相對壓力P/P_o。通過測定樣品在不同P/P_o下凝聚氮氣量，即可繪制出其等溫吸脫附曲線，再用不同的理論方法計算，就能得出其孔容積與孔徑分布曲線。通常利用BJH理論計算，稱之為BJH孔容積和孔徑分布。本實驗通過測定改性后的果殼活性炭在不同P/P_o下凝聚氮氣量，繪制出其等溫吸脫附曲線及孔徑分布曲線如圖2，通過BJH理論計算得出其孔容及孔徑分布情況如表1。

表1 改性前后比表面積、孔容及孔徑

從圖2的吸附-脫附曲線可知，果殼活性炭的孔徑結構屬于介孔結構。在低P/P_o區，曲線凸向上，而在較高P/P_o區，吸附質發生毛細管凝聚現象，等溫線呈現迅速上升的變化。此外，由于發生毛細管凝聚，在這個區域內還可明顯觀察到滯后現象，在脫附時得到的等溫線和吸附時得到的等溫線出現“分支”現象，即吸附等溫線在脫附等溫線的下方，產生吸附滯后，呈現出滯后環。通過分析吸附-脫附曲線所出現的滯后環可知，這種吸附滯后現象與孔的形狀和大小有關，主要由狹縫孔造成，與普通的粒子堆集不同，由類似層狀結構產生的孔造成。

由表1數據可知，10%濃度的氨水溶液改性后，孔容增至0.0773cm³/g，達到很大。這是因為改性后隨著微晶碳被不斷燒失，新舊孔隙頻繁交替，而微孔的直徑變化并不是很明顯，只是孔洞向內凹陷，造成了孔容的增加。從表1還可看出，在氨水濃度為10%時，活性炭的比表面積大，達到775.1382 m²/g，較改性前提高了6.5%。結合圖1可以看出，當氨水濃度為5%和15%時，比表面積較改性前有所下降，因為在氨水濃度較低時，活性炭表面雜質減少，而雜質本身也具備一的表面積，并且此時的活性炭內凹不完全，且新的微孔還未完全形成，造成比表面積下降；在氨水濃度為20%時，活性炭表面存在明顯大小不一的凹陷，導致比表面積下降。當且僅當氨水濃度為10%時，改性后的活性炭表面內凹明顯，微孔結構發達，呈現出“孔中帶孔”的現象，此時比表面積達到很大。而在其他濃度下，活性炭表面并未出現這一現象，說明10%濃度氨水所形成的“孔中帶孔”結構對活性炭比表面積有一定的影響。此外，從圖2可知，改性前后活性炭孔徑集中分布在3.5nm。

三、氨水濃度對果殼活性炭吸附性能的影響

1、苯酚標準濃度曲線的繪制

在UV2600型紫外可見分光光度計上，用1cm石英吸收池、蒸餾水作參比溶液，在200~330nm波長范圍掃描，繪制苯酚的吸收曲線。由曲線上找出λmax,并求出εmax與其所對應的吸收度的比值,與苯酚紫外吸收光譜數據表對比，鑒定苯酚。在本實驗中，分別調配8、16、24、32、40 mg/L的苯酚標準溶液，測定其吸光度，繪制標準濃度曲線，如圖3所示。

2、氨水濃度對果殼活性炭吸附性能的影響

表2為果殼活性炭改性前后對苯酚的吸附率。由表2可看出，吸附效果隨氨水濃度的變化而變化（吸附時間為3h，溫度為25℃）。在改性前,活性炭吸附率為78.81%，在氨水濃度為5%時，雖然活性炭有內凹，但是由于孔洞分布不均，堿性官能團增加不明顯,導致吸附效果無明顯提高，僅為70.09%。當氨水濃度進一步提高，改性后的果殼活性炭吸附率比改性前有明顯提高，分別達到86.91%和86.54%。這是因為活性炭表面發生中和反應導致酸性官能團降低，親水性降低，而苯酚為疏水性且呈弱酸，在中性條件下表現為帶負電荷，因此，改性后的活性炭更有利于苯酚的吸附。而當氨水濃度增加到20%時，活性炭對苯酚的吸附率為84.52%，略微下降。這可能是凹槽寬度增加，導致整個活性炭表面相比于之前的樣品比表面積下降，從而使苯酚的吸附率有所下降。

表2 改性前后活性炭對苯酚吸附效率表

出現這一吸附變化現象是由于活性炭的功能特性主要取決于它的表面化學性質以及孔隙結構，而吸附容量的大小取決于比表面積的大小以及孔隙結構的情況，這兩者都是考量活性炭吸附特性的重要參數指標。首先，表面化學性質主要由化學官能團、表面雜質原子和表面化合物確定，而同極性或非極性吸附質之間的相互作用力是受表面化學性質影響。利用不同濃度的氨水對活性炭進行表面官能團的改性時，必然會伴隨著表面化學性質的改變，從而改變活性炭對苯酚的吸附率。此外，孔隙結構對于活性炭的吸附性能也有明顯影響。活性炭的孔隙結構決定其吸附物質的容量大小。在一定范圍內，孔徑越大，吸附效果越好。通過不同的氨水濃度對果殼活性炭孔隙大小的改變，從而造成吸附效果的變化。

3、反應溫度對果殼活性炭吸附性能的影響

分別在不同溫度下（25、35、45、55℃研究10%-GAC對苯酚溶液的吸附情況,結果如圖4。從圖4可看出，活性炭對苯酚的吸附效率隨著溫度的升高略微上升，但總體變化不明顯。這是因為溫度的提高可以增加溶液中分子的活度并向碳表面擴散，同樣在碳內部的孔隙和通道的游動也加快。因此，提高溫度對于吸附率的影響不大。

三、結論

采用氨水浸漬法對預處理后的果殼活性炭進行改性處理，隨著氨水濃度的變化，果殼活性炭的表面也隨之發生變化。當且僅當氨水濃度為10%時，所獲改性后的活性炭表面形態清晰，內凹明顯，微孔結構發達，呈現“孔中帶孔”現象，此時比表面積達到較大值為775.1382m²/g，較改性前提高6.5%。改性前后活性炭微孔孔徑主要集中在3.5nm處。果殼活性炭的吸附率隨氨水濃度的變化而變化，改性前，活性炭吸附率為78.81%，氨水濃度為5%時，堿性官能團增加不明顯，導致吸附效果提高不明顯，為70.09%。當氨水濃度為10%和15%時，吸附率分別為86.51%和86.54% ，吸附率相比于改性前稍有提高。而當氨水濃度進一步增加時，活性炭對苯酚的吸附率略微下降。