1、前言
活性炭具有丰富孔隙结构和巨大表面积，是一种表面含有大量含氧酸性基团的碳质吸附材料，被广泛用作催化剂载体和气相或液相吸附剂。活性炭的吸附性能不仅取决于其发达的孔隙结构，而且还取决于其表面化学性质。活性炭在适当的条件下使用强氧化剂进行表面处理，既可以提高酸性基团的含量，又可以增强活性炭对极性物质的吸附能力。采用浓硝酸对活性炭进行表面氧化是当今研究的热点。本文先用浓硝酸对活性炭进行表面改性，再把所得的样品通过浸渍的方法负载金属离子和有机化合物，研究不同表面改性方法对活性炭吸附性能的影响。
2、实验部分
2.1 实验试剂与仪器
所用试剂均为分析纯。活性炭为天津福晨化工公司生产的商品活性炭。所用仪器有HY-4调速多用振荡器、KQ-500B 超声波清洗器、AR1140电子天平和KER-1/100A密封式制样粉碎机。
2.2 活性炭表面改性方法
将活性炭粉碎至200目，用蒸馏水反复超声清洗，然后在105℃下恒温干燥至恒重。该试样除水洗外未经表面处理，标记为AC。将上述得到的样品与浓硝酸按质量比1∶5混合，在常温下进行氧化处理4h，然后进行洗涤抽滤至中性，干燥后得到的样品记为HMAC。取三份1gHMAC样品分别与0.2mol/L的银氨、硫酸铜及咪唑溶液500mL混合，然后在恒温振荡器上震荡4h，洗涤过滤后恒温干燥，所得样品分别记为HMAC-Ag、HMAC-Cu，HMAC-M。
2.3 活性炭的表征方法
采用Boehm 滴定法来测定活性炭表面酸性基团的含量。Boehm滴定法根据不同强度的碱与活性炭的酸性表面氧化物反应的可能性对氧化物进行定性与定量分析。
NaHCO3仅中和活性炭表面的羧基，Na2CO3可中和活性炭表面的羧基和内酯基，而NaOH可中和活性炭表面的羧基、内酯基和酚羟基。根据碱消耗量的不同，可以计算出相应酸性基团的含量。具体操作为：取三份1g改性好的活性炭样品，分别加入25mL已经标定好的NaHCO3、Na2CO3和NaOH溶液，在振荡器上振荡24h后进行抽滤洗涤。然后用HCl溶液分别对滤液进行滴定，测定NaHCO3、Na2CO3和NaOH被中和的量，从而可以推算出活性炭表面酸性基团的含量。
2.4 活性炭吸附量测定
按照GB/T 12496.10-1999 的方法测定活性炭的吸蓝值、吸油值和吸碘值。
3 结果与讨论
3.1 表面改性对活性炭表面酸性基团含量的影响采用Boehm滴定法测定改性前后活性炭表面酸性基团的含量，结果如表1所示。

表1 改性后活性炭表面酸性基团的含量
由表1可见，改性前后活性炭表面酸性基团的含量具有这样的规律：酚羟基>羧基或内酯基，研究活性炭表面各酸性基团含量所得的规律一致。经过浓硝酸改性，活性炭表面的羧基增加而酚羟基减少，说明硝酸不但中和了一部分碱性基团，而且在其氧化作用下，还生成了一些新的羧基。HMAC-Ag、HMAC-Cu和HMAC-M的羧基含量降低了，主要是因为金属离子和有机化合物覆盖了HMAC表面的羧基。
3.2 表面改性对活性炭吸附性能的影响
活性炭改性前后吸附性能的变化见表2。

表2 活性炭改性前后的吸附性能
由表2可见，HMAC的吸蓝值、吸油值、吸碘值都比AC有所下降，主要是因为浓硝酸的强氧化性可破坏活性炭本身的微孔结构，部分微孔转变成过渡孔，从而导致物理吸附明显减少；而且活性炭表面含氧酸性基团含量的增加可改变活性炭表面极性并使其对水的吸附量增加，吸附水在活性炭表面形成簇状结构，阻碍了亚甲基蓝、邻苯二甲酸二丁酯、碘离子进入炭孔隙内部，从而减少了对它们的吸附量。而Ag+和Cu2+的进一步浸渍又使活性炭的吸附量增加了，主要是因为HMAC吸附了Ag+，Cu2+后，在活性炭的内外孔壁上围绕金属离子产生了很多吸附的活性点。咪唑属于有机化合物，根据相似相溶原理，它的存在应该能够使亚甲基蓝和邻苯二甲酸二丁酯的吸附量增加，相应地，HMAC-M的吸蓝值和吸油值也应该比HMAC 的高，但是结果显示却恰恰相反，主要是因为活性炭的内外孔隙都吸附了大量咪唑，孔容量减少。
结论
(1)活性炭经浓硝酸表面改性后，其表面的羧基含量增加，酚羟基含量减少。
(2)活性炭经浓硝酸表面改性后，其吸附性能有所下降，再经Ag+和Cu2+浸渍改性后，其吸附量又相对增加，但经咪唑浸渍改性后，其吸附量反而减少。