摘要：研究了改性椰壳活性炭对甲苯的吸附效率，证明盐酸改性可以有效提高椰壳活性炭对于甲苯的吸附效率，浸渍溶液的酸性越强则效率越高。硫酸、硝酸和柠檬酸改性的椰壳活性炭的吸附效率也有所增加。经过扫描电子显微镜的分析，椰壳活性炭具有发达的孔结构，部分位置具有均匀的孔结构，孔径约为5-10μm。
椰壳为棕榈科植物椰子的肉果皮，含木质素36.51%、纤维素53.06%、戊聚糖29.27%，质地坚硬。将椰壳炭化后再活化，可得到椰壳活性炭，是一种具有高附加值的椰壳利用途径。椰壳活性炭是一种应用非常广泛的多孔吸附材料，外观为黑色，呈破碎状，具有孔隙发达、吸附性能好、强度高、易再生、经济耐用等优点，主要应用于饮用水、纯净水、制酒、饮料、工业污水的净化、脱色、脱氯、除臭。
将多孔材料利用化学物质进行表面和孔结构的改性，是提高吸附剂性能的重要方法之一。将活性炭材料用酸性物质改性，可以改变表面官能团的种类和数量，从而改变活性炭的表面结构和吸附性能，是提高活性炭材料利用效率的有效途径，也是活性炭行业的研究方向。
近年来室内空气污染越来越严重，其中甲苯是一种危害较大、存在较为普遍的室内空气污染物。采用活性炭作为吸附剂对甲苯进行处理是常见的室内空气净化手段，目前在飞利浦、松下、夏普和亚都等空气净化器厂家中得到了应用。利用化学物质对椰壳活性炭进行改性，既保留了椰壳活性炭良好的强度和发达的孔结构，又通过化学物质对活性炭的表面官能团进行了调节，可以提高活性炭对于甲苯的吸附效率。
本实验研究了椰壳活性炭被不同化学物质改性后对甲苯的吸附性能，结果证明盐酸可以提高椰壳活性炭对于甲苯的吸附效率，并研究了酸的类型和强度对于活性炭吸附效率的影响，具有一定的科学意义和应用前景。
1、材料与方法
椰壳活性炭来自于巩义市波涛净水材料有限公司，未经过进一步处理。活性炭的改性采用浸渍法，将一定比例的化学物质配成溶液，加热至70℃，然后将多孔材料浸渍于其中，1h后过滤分离，固体于120℃烘干后备用。
扫描电子显微镜型号为Hitachi S-4800。椰壳活性炭及其他多孔材料的测试过程如下：将活性炭或其他多孔材料装载在过滤器中，然后将过滤器安装在空气净化机上，将空气净化机置于3m3的玻璃密封舱内，将净化机连接在电源上；然后在玻璃舱内发生定量的污染物，开启舱内的均风装置，待密封舱内的污染物浓度均匀后，开启空气净化机，用甲醛和甲苯气体分析仪每隔1min记录污染物的浓度。
2、结果与分析
2.1 椰壳活性炭的吸附效率
发达的孔结构是吸附剂具有较高效率的决定性结构因素，常见作为吸附剂的多孔材料有活性炭、活性氧化铝、沸石、分子筛、麦饭石等。椰壳活性炭是常见吸附剂，对很多气体都有非常好的吸附效果。由图1可知，几种多孔材料中，椰壳活性炭对甲苯的吸附性能较好，分子筛对甲苯的吸附效果也较高，而麦饭石对甲苯的吸附效果很差，10min内甲苯浓度基本不变化。多孔材料对于甲苯的吸附主要取决于其孔结构的多少，比表面积较高的椰壳炭材料的吸附性能较好。
2.2 椰壳炭改性后的吸附效率
通过化学物质浸渍，可以改变多孔材料的孔结构和表面结构。对于椰壳活性炭，一些具有一定腐蚀性的化学物质如：盐酸、氢氧化钠、双氧水等可以腐蚀其孔结构，进而产生更多的孔，有效提高其吸附性能；另外，这些化学物质可以改变椰壳活性炭表面官能团的类型和数量，进而影响椰壳活性炭对于甲苯的吸附性能。但是，化学物质通过浸渍后会留在椰壳活性炭的孔结构或者表面，则有可能堵塞活性炭本来的孔结构，反而造成吸附能力的下降。
由图2可知，氢氧化钠改性后椰壳活性炭的吸附性能下降，可能是由于氢氧化钠在烘干后留在活性炭材料的孔和表面，堵塞了一部分孔结构。双氧水和盐酸改性后的椰壳活性炭的吸附性能都有一定程度提高，其中盐酸改性的椰壳活性炭吸附效果更好，说明酸性物质可以改变椰壳活性炭表面官能团的种类和数量，进而改变活性炭的吸附性能。
从图3可以看出，柠檬酸处理的活性炭的吸附性能较差，可能是由于柠檬酸的酸性较弱，不能有效改变活性炭的孔结构和表面官能团。几种强酸中，盐酸改性的活性炭对于甲苯的吸附效果较好，硫酸和硝酸较为接近，具体原因可能是硫酸和硝酸的腐蚀性和氧化性较强，而活性炭具有较强的还原性，二者在浸渍的过程中发生了反应，酸性物质反应后难以有效改变活性炭表面的官能团种类和数量，效果比盐酸差。
从图4可以看出，活性炭对于甲苯的吸附效率随着盐酸浓度的增加而上升。未改性椰壳活性炭对于甲苯的去除效率为68%，而15%盐酸处理的椰壳活性炭的吸附效率为87%，证明盐酸的改性有效提高了椰壳活性炭的吸附效率。
2.3 椰壳活性炭的表面形貌
从图5-a可以看出，椰壳活性炭的表面存在很多孔结构，较大的孔直径和形状并不规整。在部分椰子壳有缺陷的部位，在缺陷的断面处可以看见较多的小孔，孔结构比表面更多，说明在活化过程中，缺陷位置更容易活化，在缺陷的孔道和活性炭颗粒的交界地带，孔结构尤其发达，可以清楚地观测到一些活化过程中过度腐蚀形成的骨架结构（图5-b）。活性炭结构的孔分布较宽，微孔、中孔和大孔都较为发达，一般大孔的孔壁都有小孔存在，即“大孔套小孔的结构”，由图5-c、d可以清晰地观察到大孔的孔壁上有更小的孔存在，而且大孔和小孔的孔径分布都比较窄。图5-e可以看到活性炭材料的部分位置存在发达的孔结构，孔径也很均匀，从孔壁上可以看出活性炭骨架结构基本排布成网状，横向和纵向的孔都比较多，直径约为5-10μm。
3、结论
对比活性氧化铝、分子筛和麦饭石等多孔材料，椰壳活性炭对于甲苯具有更好的吸附效果，在3m3测试舱内10min的净化效率大于95%。椰壳活性炭经过盐酸改性后对甲苯的吸附性能提高较大，而经过氢氧化钠改性后吸附能力则有所下降。在酸性物质中，盐酸改性后椰壳活性炭对于甲苯的吸附效率提高较多，而硫酸、硝酸和柠檬酸的改性效率较盐酸差。椰壳活性炭具有发达的孔结构，孔壁上有较多更小的孔存在，部分位置有大小非常均匀的孔，直径约为5-10μm。