甲苯屬于揮發(fā)性有機化合物能對環(huán)境和生物產(chǎn)生危害，目前有許多技術(shù)，如催化氧化，吸附和生物法來去除它，主要選擇活性炭是因為有高效率，成本低，易于再生等優(yōu)秀性能。我們這次通過添加含氮磷酸鹽，包括磷酸銨，聚磷酸銨和磷酸脲，從植物生物質(zhì)制備新型活性炭。我們用三種具有不同磷含量和氮形成的含氮磷酸鹽來制造活性炭。研究了氮添加量對制備的活性炭產(chǎn)率，孔結(jié)構(gòu)和表面化學的影響。最后，評價了制備的活性炭對甲苯吸附行為。

　　活性炭摻氮的產(chǎn)量

　　活性炭的制作：植物原料在105℃下干燥8小時后，研磨并篩分至200目以下的粒度，然后通過粉碎機以1：1的重量比與每種含氮磷酸鹽混合。混合物的熱解在管中進行。爐子在氮氣流動下，加熱至目標溫度并保持1小時。熱解后，將得到的活性炭用活化液洗滌，然后用熱蒸餾水徹底洗滌直至洗滌液的中性pH。干燥后最終可以獲得所需的活性炭。

　　活性炭的產(chǎn)量：不同含氮磷酸鹽和在不同溫度下獲得的制備活性炭的產(chǎn)率。原始材料中活性炭的產(chǎn)率在26.5-31.5范圍內(nèi)，隨著熱解溫度的升高而略有下降。與原始擦亮相比，含氮磷酸鹽處理的活性炭的產(chǎn)率明顯更高，溫度范圍為500至800°C(超過45%)，表明添加含氮磷酸鹽可有效提高活性炭的產(chǎn)量。然而，當熱解溫度升至900℃時，所有經(jīng)含氮磷酸鹽處理的活性炭的產(chǎn)率急劇下降并接近空白樣品。

　　活性炭原材料和含氮磷酸鹽之間可能的相互作用

　　活性炭制備過程中原材料與含氮磷酸鹽之間可能存在的相互作用，可分為磷路線和氮路線兩個方面，如圖1所示。

　　圖1：熱解過程中活性炭原料和含氮磷酸鹽之間可能的反應。

　　活性炭吸附甲苯的測試方法

　　通過固定床反應器系統(tǒng)估算制備的活性炭對甲苯吸附行為。使用兩個N 2氣體管線分別由兩個質(zhì)量流量計控制，其中一個通過純甲苯溶液鼓泡以產(chǎn)生甲苯蒸汽，另一個管線用作平衡氣體以保持入口甲苯濃度在600ppmv時，氣體的總流速為400mL min-1。將制備的活性炭填充到玻璃制的固定床(內(nèi)徑：10mm)中，填料高度為20mm。將反應溫度控制在30℃，并通過裝有六通閥的分析儀每10分鐘在線監(jiān)測甲苯的出口含量。由穿透曲線的積分計算甲苯吸附容量。

　　活性炭吸附甲苯

　　活性炭對甲苯的穿透曲線以及吸附容量如圖2所示。沒摻氮的活性炭表現(xiàn)出較差的甲苯吸附性能，吸附容量分別為6.5和8.0mg g-1。與摻氮活性炭相比，添加含氮磷酸鹽的活性炭需要更長的時間才能接近突破并表現(xiàn)出更高的吸附能力。對于在600℃下制備的活性炭，其經(jīng)含氮磷酸鹽處理的活性炭的突破時間為氨磷酸鹽活性炭>磷酸脲活性炭>聚磷酸銨活性炭，其相應的體積吸附容量為144.0，104.0和89.8g L-1，質(zhì)量吸附容量分別為296.4，175.9和245.8 mg g-1，分別。與600℃相比，900℃制備的活性炭具有更高的甲苯吸收量，體積吸附容量為122.5-164.5g L -1，質(zhì)量吸附容量為364.1~496.2 mg g-1。值得注意的是，可以看出氨磷酸鹽處理的活性炭具有較高的質(zhì)量吸附能力，而磷酸脲處理的活性炭具有較高的體積吸附能力。這可能歸因于它們不同的堆積密度，氨磷酸鹽具有比磷酸脲更高的堆積密度。

　　圖2：活性炭吸附甲苯的穿透曲線。

　　在含氮磷酸鹽處理的活性炭的表面上存在一些含N的官能團，這些可能是對甲苯吸附能力的重要因素。一方面，由含氮磷酸鹽產(chǎn)生的NH 3可以在熱解過程中增強活性炭的疏水性，促進其對揮發(fā)性有機化合物的親和力。另一方面，添加氮可以幫助增加活性炭表面上的堿性官能團如吡啶N和吡咯N的含量，這可以顯著提高活性炭的堿度。由于供體-受體機制，活性炭堿度的增加可以增強甲苯的芳環(huán)π電子與碳的相互作用，從而導致更多的甲苯吸收。因此，與其他去除方法相比，活性炭吸附對甲苯的去除率極高，可有效減少反應器的體積，從而降低了占地面積。

　　結(jié)果表明，以不同的含氮磷酸鹽為添加劑，成功制備了一種新型的氮摻雜活性炭。添加氮顯然可以提高活性炭的產(chǎn)量。所有經(jīng)含氮磷酸鹽處理的活性炭都具有比未添加的活性炭擁有更好的孔結(jié)構(gòu)，制備的活性炭具有理想的甲苯吸附性能，其主要原因是活性炭的豐富的多孔結(jié)構(gòu)和N改性的表面化學。

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