活性炭表面含氧官能團的評價方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及活性炭材料的性能研究方法，具體為一種活性炭表面含氧官能團的評價方法，包括如下步驟：（1）、采用傅立葉變換紅外光譜儀對不同工藝條件的待測炭樣進行定性判斷其表面含氧官能團的類別；其中，試驗條件如下：KBr與炭樣質(zhì)量比例為200：1；品壓片厚度為0.8～1.2mm；掃瞄范圍4000～450cm-1；掃瞄速度0.20cm/s，掃瞄時間1min，掃瞄次數(shù)4；縱坐標單位T%；分辨率4.0cm-1；根據(jù)譜峰判定待測炭樣表面是否含有羧基、內(nèi)酯基和酚羥基的含氧官能團，如果含有則進行步驟（2）。
【專利說明】活性炭表面含氧官能團的評價方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及活性炭材料的性能研究方法，具體為一種活性炭表面含氧官能團的評價方法。

【背景技術(shù)】
[0002]活性炭具有較高的比表面、豐富的孔結(jié)構(gòu)和易于調(diào)變的表面官能團，其表面化學特性對活性炭的表面反應、親(疏)水性、催化性質(zhì)和表面電荷等具有很大的影響，這些特性影響催化劑的分散性和活性，吸附劑的吸附行為等。而活性炭表面化學特性很大程度上由表面官能團的類別和數(shù)量決定，最常見的官能團是含氧官能團。
[0003]目前，國內(nèi)尚無一套完善的活性炭表面含氧官能團定性定量方法及規(guī)范性的操作規(guī)程。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種活性炭表面含氧官能團的評價方法，該評價方法通過大量試驗總結(jié)出的一種可靠規(guī)范的試驗方法，為催化劑的催化性能和吸附劑的吸附性能的選擇提供理論依據(jù)。
[0005]本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種活性炭表面含氧官能團的評價方法，包括如下步驟:
(I)、采用傅立葉變換紅外光譜儀對不同工藝條件的待測炭樣進行定性判斷其表面含氧官能團的類別；其中，試驗條件如下:
溴化鉀KBr與待測炭樣質(zhì)量比例為200:1 ;
樣品壓片厚度為0.8?1.2mm ；
掃瞄范圍4000?450CHT1 ；
掃瞄速度0.20cm/s,掃瞄時間lmin，掃瞄次數(shù)4 ；
縱坐標單位T% ；
分辨率4.0cnT1 ；
根據(jù)譜峰判定待測炭樣表面是否含有羧基、內(nèi)酯基和酚羥基的含氧官能團，如果含有則進行步驟(2)。
[0006](2)、標準溶液的配制和標定
a、0.05mol/L HCl標準溶液的配制與標定；
b、0.05mol/L NaOH標準溶液的配制與標定；
c、0.05mol/L Na2CO3標準溶液的配制與標定；
d、0.05mol/L NaHCO3標準溶液的配制與標定。
[0007](3)、待測炭樣的樣品粒度200目，120°C烘干24h，采用電子天平精確稱取待測炭樣至少3份，分別放入錐形三角瓶中，加入上述標準堿液中的一種，振蕩24h后過濾并用洗瓶充分洗滌，收集所有濾液，以甲基紅為終點指示劑，用HCl標準溶液滴定濾液中尚未反應的堿液至終點。
[0008](4)、結(jié)果計算
單位質(zhì)量活性炭與各標準堿液反應的酸性官能團的含量n (mmol/g),按式(i )、(ii)、(iii)計算:
NaOH的反應量如下
nNaOH- tCNaOH ^ ^NaOH _ CHC1 (^HCl _ Δ V1 _ Vb) ] /ff.....................( i )
Na2CO3的反應量如下
nNa2C03_ t2cNa2c03 ^ VNa2C03 " CHC1 (^HCl ~ ^ ~ Vb) ]/ff............( ? )
NaHCO3的反應量如下
nNaHcce-[cNaHcceX Vmccc " chci (Vhci _ A V3 _ Vb) I /W............(iii)
式中:vb—蒸餾水空白值(mL)；
VHa—滴定所用的鹽酸標準溶液的體積(mL)；
Ci一下標對應的標準溶液i的濃度(mol/L)；
W—試樣質(zhì)量(g)；
Δ V—將甲基紅的理論指示終點校正到酸堿滴定時理論終點的HCl標準溶液體積修正值。
[0009]Δ V1=(Vn^Vhc1) ([H+]e - [H+]T1)/cHC1........................(iv)
AV2=(2VNa2C03+VHC1)([H+]E - [H+]T2)/cHC1........................(V)
AV3=(Vnhc03+Vhc1)([H+]e - [H+]T3)/cHC1........................(vi)
其中，[H+]K=10_5mol/L，為甲基紅理論指示終點的質(zhì)子濃度；[H+]T1、[H+]T2、[H+]T3分別代表HCl滴定NaOH、Na2CO3和NaHCO3時的理論終點的質(zhì)子濃度。
[0010]從nNaffl、nNa2C03和nNaHCO3之間的差額可以計算出待測炭樣中含氧官能團羧基、內(nèi)酯基和酚羥基的含量如下:
nEC00H_nNaHC03 ;
nEC00C0E_nNa2C03 ~ nNaHC03 ?
nArOH-nNaOH _ %a2C03o
[0011]在上述試驗過程中，只要按上述方法操作就能獲得對待測炭樣的穩(wěn)定性強、準確可靠的試驗數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗結(jié)果對去除污染空氣中有毒成分的專用吸附材料進行選取。
[0012]本發(fā)明設(shè)計合理，提供一種對任意含有羧基、內(nèi)酯基和酚羥基等含氧官能團的活性炭吸附材料進行可靠規(guī)范試驗的方法，為催化劑的催化性能和吸附劑的吸附性能的選擇提供理論依據(jù)。

【具體實施方式】
[0013]下面對本發(fā)明的具體實施例進行詳細說明。
[0014]一種活性炭表面含氧官能團的評價方法，包括如下步驟:
(I)、采用美國PE公司的SpectrumlOO型傅立葉變換紅外光譜儀對不同工藝條件的待測炭樣進行定性判斷其表面含氧官能團的類別；其中，試驗條件如下:
KBr與炭樣質(zhì)量比例為200:1 ;
樣品壓片厚度為0.8?1.2mm ； 掃瞄范圍4000?450CHT1 ；
掃瞄速度0.20cm/s,掃瞄時間lmin，掃瞄次數(shù)4 ；
縱坐標單位T% ；
分辨率4.0cnT1。
[0015]其中，為了得到較清晰、較理想、質(zhì)量較好的譜圖，一般對譜圖進行基線校正和平滑處理。
[0016]根據(jù)譜峰判定待測炭樣表面是否含有含氧官能團羧基、內(nèi)酯基和酚羥基，如果含有則進行步驟(2)。
[0017](2)、活性炭表面的酸堿性主要由羧基、內(nèi)酯基和酚羥基引起，根據(jù)不同強度的堿與不同含氧官能團反應進行定量分析測定。其中，NaHCO3僅中和羧基，Na2CO3中和羧基和內(nèi)酯基，NaOH中和羧基、內(nèi)酯基、酚羥基。采用聯(lián)堿中和法測定并區(qū)分酸性表面氧基團及堿性基團的定量分析測定。
[0018]標準溶液的配制和標定如下:
a、0.05mol/L HCl標準溶液的配制與標定；
量取4.5mL鹽酸，注入100mL水中，搖勻；
稱取300°C高溫爐中灼燒至恒重的無水碳酸鈉基準試劑0.0lg，置于250mL錐形瓶中，加無二氧化碳的水50mL溶解，加10溴甲酚綠-甲基紅指示液，用配制好的鹽酸溶液滴定至溶液由綠色變?yōu)榘导t色，煮沸2min冷卻后繼續(xù)滴定至溶液呈暗紅色，同時做空白試驗。將HCl標準溶液的數(shù)值精確到小數(shù)點后四位數(shù)。
[0019]b、0.05mol/L NaOH標準溶液的配制與標定；
稱取IlOg氫氧化鈉，溶于10mL無二氧化碳的水中搖勻，注入PE瓶中密閉放置溶液清亮，用移液管量取上層清液2.7mL，用無二氧化碳的水稀釋至100mL搖勻；
稱取110°C烘至恒重的鄰苯二甲酸氫鉀基準試劑0.36g，置于250mL錐形瓶中，加無二氧化碳的水50mL溶解，加2滴酚酞指示液(10g/L)，用配制好的氫氧化鈉溶液滴定至溶液呈粉紅色,并保持30s。同時做空白試驗。將NaOH標準溶液的數(shù)值精確到小數(shù)點后四位數(shù)。
[0020]c、0.05mol/L Na2CO3標準溶液的配制與標定；
稱取無水碳酸鈉5.3g,注入100mL水中，搖勻；
量取35.0OmL配制好的碳酸鈉溶液，加20mL水，加10滴溴甲酚綠-甲基紅指示液，用0.05mol/L的鹽酸溶液滴定至溶液由綠色變?yōu)榘导t色，煮沸2min冷卻后繼續(xù)滴定至溶液呈暗紅色；將Na2CO3標準溶液的數(shù)值精確到小數(shù)點后四位數(shù)。
[0021]d、0.05mol/L NaHCO3標準溶液的配制與標定；
稱取無水碳酸鈉4.201g，注入100mL水中，搖勻；
量取35.0OmL配制好的碳酸鈉溶液，加20mL水，加10滴溴甲酚綠-甲基紅指示液，用
0.05mol/L的鹽酸溶液滴定至溶液由綠色變?yōu)榘导t色，煮沸2min冷卻后繼續(xù)滴定至溶液呈暗紅色；將NaHCO3標準溶液的數(shù)值精確到小數(shù)點后四位數(shù)。
[0022](3)、待測炭樣的樣品粒度200目，120°C烘干24h，采用電子天平精確稱取待l.0g測炭樣6份，分別放入10ml錐形三角瓶中，加入25ml上述標準堿液中的一種，振蕩24h后過濾并用洗瓶充分洗滌，收集所有濾液，以甲基紅為終點指示劑，用HCl標準溶液滴定濾液中尚未反應的堿液至溶液由黃色變紅。
[0023]在進行定性試驗時注意對傅立葉變換紅外光譜儀測試條件的選?。辉谶M行定量試驗過程必須嚴謹，盡量減小誤差。
[0024](4)、結(jié)果計算
單位質(zhì)量活性炭與各標準堿液反應的酸性官能團的含量n，單位為mmol/g，按式(i )、
(ii)、(iii)計算:
NaOH的反應量如下
nNaOH- tCNaOH ^ ^NaOH _ CHC1 (^HCl _ Δ V1 _ Vb) ] /ff.....................( i )
Na2CO3的反應量如下
nNa2C03_ t2cNa2C03 ^ ^Na2C03 " CHC1 (Vhc1-AV2- Vb) ]/ff............( ii )
NaHCO3的反應量如下
nNaHC03_ [CNaHC03 X Vnqhc03 "" Chc1 (Vhc1-AV3- Vb) ]/ff............(iii)
式中:Vb—蒸餾水空白值(mL)；
VHa—滴定所用的鹽酸標準溶液的體積(mL)；
Ci一下標對應的標準溶液i的濃度(mol/L)；
W—試樣質(zhì)量(g)；
Δ V—將甲基紅的理論指示終點校正到酸堿滴定時理論終點的HCl標準溶液體積修正值。
[0025]Δ V1=(Vn^Vhc1) ([H+]e - [H+]T1)/cHC1...........................(iv)
AV2=(2VNa2C03+VHC1)([H+]E - [H+]T2)/cHC1...........................(V)
AV3=(Vnhc03+Vhc1)([H+]e - [H+]T3)/cHC1...........................(vi)
其中，[H+]K=10_5mol/L，為甲基紅理論指示終點的質(zhì)子濃度；[H+]T1、[H+]T2、[H+]T3分別代表HCl滴定NaOH、Na2CO3和NaHCO3時的理論終點的質(zhì)子濃度，其數(shù)值可從相關(guān)手冊中直接查出。
[0026]最后,從nNaffl、nNa2CO3和nNaHCO3之間的差額可以計算出羧基、內(nèi)酯基和酌■輕基的具體含量如下:
nEC00H_nNaHC03 ;
nEC00C0E_nNa2C03 ~ nNaHC03 ?
nArOH-nNaOH _ %a2C03o
【權(quán)利要求】
1.一種活性炭表面含氧官能團的評價方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)、采用傅立葉變換紅外光譜儀對不同工藝條件的待測炭樣進行定性判斷其表面含氧官能團的類別；其中，試驗條件如下: KBr與待測炭樣質(zhì)量比例為200:1 ； 樣品壓片厚度為0.8?1.2mm ； 掃瞄范圍4000?450CHT1 ； 掃瞄速度0.20cm/s,掃瞄時間lmin，掃瞄次數(shù)4 ； 縱坐標單位T% ； 分辨率4.0cnT1 ； 根據(jù)譜峰判定待測炭樣表面是否含有羧基、內(nèi)酯基和酚羥基的含氧官能團，如果含有則進行步驟(2); (2)、標準溶液的配制和標定 a、0.05mol/L HCl標準溶液的配制與標定； b、0.05mol/L NaOH標準溶液的配制與標定； c、0.05mol/L Na2CO3標準溶液的配制與標定； d、0.05mol/L NaHCO3標準溶液的配制與標定； (3)、待測炭樣的樣品粒度200目，120°C烘干24h，采用電子天平精確稱取待測炭樣至少3份，分別放入錐形三角瓶中，加入上述標準堿液中的一種，振蕩24h后過濾并用洗瓶充分洗滌，收集所有濾液，以甲基紅為終點指示劑，用HCl標準溶液滴定濾液中尚未反應的堿液至終點； (4)、結(jié)果計算 單位質(zhì)量活性炭與各標準堿液反應的酸性官能團的含量n，單位為mmol/g，按式(i )、(ii)、(iii)計算: NaOH的反應量如下
nNaOH- tCNaOH ^ ^NaOH _ HCl (^HCl _ Δ V1-Vb) ]/ff........................( I ) Na2CO3的反應量如下
nNa2C03_ t2cNa2c03 ^ VNa2C03 " CHC1 (^HCl ~ ^ ~ Vb) ]/ff...............( ii ) NaHCO3的反應量如下
nNaHCCI3_ [cNaHCCeX VmCCI3 " CHC1 (^HCl ~ ^ ~ Vb) ] /ff...............(iii) 式中:vb—蒸餾水空白值，單位mL ; VHa—滴定所用的鹽酸標準溶液的體積，單位mL ； Ci一下標對應的標準溶液i的濃度，單位mol/L ； W—試樣質(zhì)量，單位g ； Δ V—將甲基紅的理論指示終點校正到酸堿滴定時理論終點的HCl標準溶液體積修正值； AV1=(Vn^Vhc1) ([H+]e - [H+]T1)/cHC1............................(iv) AV2=(2VNa2C03+VHC1)([H+]E - [H+]T2)/cHC1...........................(V) AV3=(Vnhc03+Vhc1)([H+]e - [H+]T3)/cHC1...........................(vi) 其中，[H+]K=10_5mol/L，為甲基紅理論指示終點的質(zhì)子濃度；[H+]T1、[H+]T2、[H+]T3分別代表HCl滴定NaOH、Na2CO3和NaHCO3時的理論終點的質(zhì)子濃度； 從nNaffl、nNa2C03和ηΜαΒ之間的差額可以計算出羧基、內(nèi)酯基和酚羥基的含量如下:
nEC00H_nNaHC03 ;
nEC00C0E_nNa2C03 ~ nNaHC03 ?
nArOH-nNaOH _ %a2C03o
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性炭表面含氧官能團的評價方法，其特征在于:步驟(2)中,0.05mol/L HCl標準溶液的配制與標定,具體如下: 量取4.5mL鹽酸，注入100mL水中，搖勻； 稱取300°C高溫爐中灼燒至恒重的無水碳酸鈉基準試劑0.0lg，置于250mL錐形瓶中，加無二氧化碳的水50mL溶解，加10溴甲酚綠-甲基紅指示液，用配制好的鹽酸溶液滴定至溶液由綠色變?yōu)榘导t色，煮沸2min冷卻后繼續(xù)滴定至溶液呈暗紅色，同時做空白試驗；將HCl標準溶液的數(shù)值精確到小數(shù)點后四位數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性炭表面含氧官能團的評價方法，其特征在于:步驟(2)中，0.05mol/L NaOH標準溶液的配制與標定，具體如下: 稱取IlOg氫氧化鈉，溶于10mL無二氧化碳的水中搖勻，注入PE瓶中密閉放置溶液清亮，用移液管量取上層清液2.7mL，用無二氧化碳的水稀釋至100mL搖勻； 稱取110°C烘至恒重的鄰苯二甲酸氫鉀基準試劑0.36g，置于250mL錐形瓶中，加無二氧化碳的水50mL溶解，加2滴酚酞指示液，用配制好的氫氧化鈉溶液滴定至溶液呈粉紅色，并保持30s ;同時做空白試驗；將NaOH標準溶液的數(shù)值精確到小數(shù)點后四位數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性炭表面含氧官能團的評價方法，其特征在于:步驟(2)中，0.05mol/L Na2CO3S準溶液的配制與標定，具體如下: 稱取無水碳酸鈉5.3g,注入100mL水中，搖勻； 量取35.0OmL配制好的碳酸鈉溶液，加20mL水，加10滴溴甲酚綠-甲基紅指示液，用.0.05mol/L的鹽酸溶液滴定至溶液由綠色變?yōu)榘导t色，煮沸2min冷卻后繼續(xù)滴定至溶液呈暗紅色；將Na2CO3標準溶液的數(shù)值精確到小數(shù)點后四位數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性炭表面含氧官能團的評價方法，其特征在于:步驟(2)中，0.05mol/L NaHCO3S準溶液的配制與標定，具體如下: 稱取無水碳酸鈉4.201g，注入100mL水中，搖勻； 量取35.0OmL配制好的碳酸鈉溶液，加20mL水，加10滴溴甲酚綠-甲基紅指示液，用.0.05mol/L的鹽酸溶液滴定至溶液由綠色變?yōu)榘导t色，煮沸2min冷卻后繼續(xù)滴定至溶液呈暗紅色；將NaHCO3標準溶液的數(shù)值精確到小數(shù)點后四位數(shù)。
【文檔編號】G01N21/79GK104359907SQ201410652361
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月17日
【發(fā)明者】溫宇慧, 張金鳳, 黃英, 齊嘉豪, 金彥任, 宋雯, 李愛葉, 邢浩洋, 范斌杰, 郭軍軍, 趙婷, 鐘海霞, 朱健娣 申請人:山西新華化工有限責任公司