兼具优良氮磷吸附性能和电化学性能的活性炭筛选及其构效关系解析

作     者：张长平 王昭宇 王晓欧 ZHANG Changping;WANG Zhaoyu;WANG Xiaoou

作者机构：河北工业大学能源与环境工程学院天津300401 天津市清洁能源利用与污染物控制重点实验室天津300401 

出 版 物：《河北工业大学学报》 (Journal of Hebei University of Technology)

年 卷 期：2024年第53卷第1期

页      面：62-73页

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

基　　金：河北省自然科学基金资助项目(E2020202027) 河北省引进留学人员资助项目(C20200316) 

主　　题：活性炭 吸附性能 电化学性能 氨氮 磷酸盐 

摘      要：选取6种前驱体(煤、椰壳、核桃壳、桃壳、枣壳、杏壳)的商用活性炭,对其理化性质与其氮磷吸附性能和电化学性能之间进行构效关系解析。结果表明:活性炭对氨氮以单分子层物理吸附为主,对磷酸盐以多分子层化学吸附为主,对活性炭氨氮和磷酸盐吸附性能起主要作用的分别是其微孔结构和其表面羟基、羰基官能团;椰壳、核桃壳和桃壳活性炭具有较高的氨氮吸附容量;椰壳、煤质、核桃壳和桃壳活性炭具有较高的磷酸盐吸附容量。良好的介孔分布、高比表面积、羟基和羧基官能团会显著提高活性炭的电容属性,使其具有良好的电子和质子传输能力;良好的微孔分布会降低活性炭的材料电阻;活性炭明显的褶皱形态会使溶液中的电解质离子更容易渗透到电极表面。煤质和椰壳活性炭展现出典型的双层电容特性以及更为优良的电荷存储性能,而椰壳和核桃壳活性炭具有较低的材料电阻和较高的离子易渗透性。综上所述,椰壳活性炭兼具优良的氮磷吸附性能和电化学性能,是人工湿地-微生物燃料电池耦合系统的理想填料。