上海交通大学 硕士学位论文 成型活性炭的银离子吸附研究 姓名：赖奕坚 申请学位级别：硕士 专业：材料学 指导教师：赵斌元 20090101 摘 要 第 I 页 成型活性炭的银离子吸附研究成型活性炭的银离子吸附研究 摘摘 要要 载银成型活性炭继承了载银活性炭的杀菌与催化特性，并能够发挥成型活性炭在工业应用时强 度高、可加工性强、易于装配的优点，在水的净化、空气净化、催化等等领域有着很大的应用潜力。 既往研究中尚未见载银成型活性炭制备方法的报道，参考载银活性炭纤维和载银活性炭颗粒的 相关制备研究，我们认为直接浸渍还原法是制备载银成型活性炭是一种可行办法，因此本文首先通 过对成型活性炭的前处理方式、吸附时间、体系浓度等方面的调控，考察了载银活性炭还原吸附银 离子的特征，发现前处理方式对活性炭上银的分布特征影响明显，反应时间可以调控活性炭表面银 的分别，反应持续较长时间，体系浓度可以显著提高反应速率。 在此基础上，我们对比了成型活性炭、颗粒炭、竹炭、石墨、焦炭、煤灰对银离子的吸附状况， 发现导电性和多孔性都是炭材料上银还原吸附银的必要条件。针对成型活性炭吸附银离子的各种特 征，我们提出了成型活性炭对银离子还原吸附的浓差电池模型：当成型活性炭处在硝酸银溶液中时， 成型活性炭内外部的银离子浓度差异使成型活性炭内外部形成浓差电动势，成型活性炭本身具有的 导电性使电子从内部向外部迁移，并最终使接近炭块的银离子发生还原反应，从而实现了成型活性 炭表面银粉的大量、持续外延生长。 通过对比块体、片状、粉体三种不同尺度活性炭的吸附情况，并对比分析反应后成型活性炭内 外部的显微形态和化学成分，我们进一步验证了该机理。 在应用领域，我们将成型活性炭直接浸渍在硝酸银溶液中制备得到树枝状银粉，并利用成型活 性炭对银的诱导作用， 将成型活性炭作为电极制备得到树枝状的银粉， 同时利用 AgCl 模板制得了多 孔立方体银粉。最后本文实现了成型活性炭对贵金属离子的还原吸附以及对常见重金属污染物的吸 附，初步考察了成型活性炭在贵金属回收以及重金属污染物的防治等方面可行性。 关键词：关键词：成型活性炭，银离子，吸附，纳米银 ABSTRACT 第 II 页 STUDY ON THE ADSORPTION OF SILVER ON SHAPED ACTIVATED CARBON ABSTRACT Activated carbon(AC) loaded with silver(AC-Ag) has been widely used in water treatment, air treatment and catalyst. Shaped activated carbon(SAC) loaded with silver(SAC-Ag) may have the same character with AC-Ag and worth for further research. In the first period, we use AgNO3 as an impregnant to fabricate SAC-Ag. Pretreatment method, reacted time and solution concentration are used as tunable parameter to control the size and distribution of silver particle on SAC. The results shows that pretreatment method effecting intensity to the final form of SAC-Ag, reacted time can be used as a useful way to control, solution concentration can accelerate the reaction and whole reaction can be long-drawn. Then, We compare the deference phenomenon of adsorption between SAC, bamboo carbon, granular carbon, graphite, coke and coal ash. We found that electric and porous are necessary for depositing Ag directly on SAC surface. With this understanding, we carry out a hypothetic model for the phenomenon that SAC can deoxidize Ag+. In this model, a concentration cell is formed when SAC is putted in AgNO3 solution, the inside point of SAC acted as cathode of the cell, then electrons can transfer to the surface of SAC to reaction with Ag+ . A great deal of silver nano-particle is producted in this way. In the third period, this paper validate the hypothetic model by compare the deference phenomenon of SAC powder, SAC thin piece, SAC. The differences between the inside and surface of SAC were also analysis by XPS anslysis, all the results accord with hypothetic mechanism. ABSTRACT 第 III 页 In addition, SAC was used to fabricate dendritic silver powder. SAC also acted as an electrode to fabricate dendritic silver powder. We also get an excellent result in fabricate porous silver nanocube via AgCl templates. Finally, SAC is study in the adsorption of Au and Pt. SAC also can act a very important role in dealing with the water contaminated by other metal ions like Cd2+, Cr2+ and Pt2+. Keywords: Shaped activated carbon, Silver ion, Adsorption Silver nano-particles 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权上海交通大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在_年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 赖奕坚 指导教师签名：赵斌元 日期： 2009 年 1 月 8 日 日期： 年 月 日 上海交通大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 赖奕坚 日期： 2009 年 1 月 8 日 第一章 绪论 第 1 页 第一章 绪论第一章 绪论 1.1 引言引言 1.1.1 活性炭概述活性炭概述 活性炭是一种多孔的炭化物，其成份除了炭以外，还包含了少量的氢、氮、氧和其他杂质，活 性炭有极丰富的孔隙构造， 展现出高比表面积的特点， 被喻为 “黑匣子” ， 是一种重要的多功能材料。 活性炭的生产和应用已经有 100 多年的历史（见表 1-1） ，由于其丰富的孔结构和发达的比表面积， 活性炭被广泛应用于液相和气相的吸附、脱色、精制、分离、催化领域，在环保、食品、医药、化 工等方面有重要意义。 表1-1 活性炭的发展进展1 Table1-1 Develop Course of Activated Carbon 1785年 洛维茨证实木炭能使某些液体脱色 1794年 在英国精制糖厂中木炭首次获得工业应用 19001901年 活性炭实现了现代化工艺生产（植物性材料与金属 氯化物共热） 第一次世界大战 活性炭作为军需品得到快速发展（防毒面具） 第二次世界大战 煤被用作原材料和压块压伸工艺制造技术的发展 20世纪50年代 碳分子筛的发展和广发研究 20世纪60年代 碳纤维投入市场 20世纪70年代 活性炭纤维出现 20世纪80年代 超高比表面积活性炭工业化生产 活性炭吸附就是利用活性炭的固体表面对一种或多种物质的吸附作用，以达到物质分离的目 的。活性炭的吸附作用产生于两个方面，一是由于活性炭内部分子在各个方向都受着同等大小的力 而在表面的分子则受到不平衡的力，这就使其它分子吸附于其表面上，此为物理吸附；另一方面是 由于活性炭与被吸附物质之间的化学作用，此为化学吸附，活性炭的吸附是上述二种吸附综合作用 的结果。 活性炭表面含有少量的功能团形式存在的氧和氢，例如羧基、羟基、酚类、内脂类、醌类、醚 类等。这些表面上含有地氧化物或络合物可以与被吸附的物质发生化学反应，从而与被吸附物质结 合聚集到活性炭的表面，这是化学吸附的表现性质。 第一章 绪论 第 2 页 1.1.2 活性炭的应用活性炭的应用 目前，活性炭仍然广泛应用于去除液体中的污染物与脱色、净化水质等方面，同时也是吸附空 气中有害气体的一种常用方法。活性炭也常被用作为催化剂的载体以及各种药物的缓释载体2。同 时活性炭也可与其他物质复合制得复合活性炭材料，如载银活性炭在水中缓慢释放银离子以达到杀 菌作用3。在电化学方面，碳材料有优良的导热和导电性能、密度低、抗化学腐蚀性能好、热膨胀 系数小、弹性模量不高，是制作电极的理想材料；在锉离子燃料电池的研制中，是制作电极的热门 材料 4。 利用活性炭的吸附特性，现在市场上已经出现了不少基于其吸附特性的活性炭产品，见表 1-2。 表1-2 基于活性炭吸附特性的产品分类 Table1-2 Products Based on Active Carbon 编号 产品分类 1 空气净化处理用活性炭 2 污水处理场排气吸附用活性炭 3 化学品储蓄排气吸附用活性炭 4 垃圾焚化炉排气吸附用活性炭 5 滤毒罐用活性炭 6 饮用水净化处理用活性炭 7 纯水、超纯水制造前处理用活性炭 8 废水回收应处理用活性炭 9 辅助废水生物处理用活性炭 10 毒性废水处理用活性炭 11 高着色废水处理用活性炭 12 金属废水处理用活性炭 13 一般有机废水处理用活性炭 14 食品用活性炭 15 医药用活性炭 16 糖业脱色用活性炭 17 溶剂回收用活性炭 18 炼金用活性炭 1.1