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目前,世界化學(xué)向著更清潔、更環(huán)保、更節(jié)能的方向發(fā)展,其中微波是最具有發(fā)展?jié)摿Φ闹苽湫录夹g(shù).微波通常是指頻率在3×l0 8～3×1 0 1 1 H z的電磁波.目前微波輻射加熱常采用的頻率為0.9 1 5G H z和2.4 5 G H z.微波加熱技術(shù)的原理主要是物質(zhì)同微波偶合.即物質(zhì)分子偶極振動(dòng)同微波振動(dòng)具有相似的頻率,在快速振動(dòng)的微波磁場(chǎng)中,分子偶極的振動(dòng)盡力同磁場(chǎng)振動(dòng)相匹配,物質(zhì)分子吸收電磁能以每秒數(shù)十億次的高速振動(dòng)而產(chǎn)生熱能[8,9].其在化學(xué)領(lǐng)域有較多應(yīng)用[1 0～1 2].

2.1活性炭的微波制備利用微波制備活性炭是

隨微波化學(xué)應(yīng)用的進(jìn)一步研究而展開(kāi)的.其目的是替代傳統(tǒng)加熱方式,降低成本.如彭金輝[1 3]等將松木屑與氯化鋅溶液混合浸漬,在微波頻率為2.4 5G H z,微波最大功率為8 0 0 W條件下輻照,制備得到粉狀活性炭.其活性炭的亞甲藍(lán)脫色力優(yōu)于林業(yè)部一級(jí)活性炭標(biāo)準(zhǔn).G u o J ia等[1 4]報(bào)道了以棕櫚石油焦為原料微波誘導(dǎo)二氧化碳?xì)怏w活化法制備活性炭的新方法.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明這是可行的方法.J iY o n gb in等[1 5]在堿活化的化學(xué)活化法基礎(chǔ)上研究了通過(guò)氫氧化鉀/瀝青焦微波活化制備具有高表面積的活性炭.結(jié)果發(fā)現(xiàn)微波供熱制備的活性炭比表面積可達(dá)4 1 0 6 m 2/g,微孔容積達(dá)2.3 6 m 3 /g,均高于傳統(tǒng)方法制備的活性炭.而W e i L i等[1 6 ]使用碳化煙草莖與K 2 C O 3混合作為原料在微波條件下制備得到活性炭,發(fā)現(xiàn)在其碘值達(dá)1 8 3 4 m g/g,亞甲基藍(lán)吸附飽和值為51 7.5 m g/g.比表面積和總孔隙體積分別達(dá)到2 5 5 7 m 2/g和1.6 4 7 cm 3/g.H o w a rdM等[1 7]以樹(shù)脂為原料在微波熱重分析儀中制備活性炭,結(jié)果發(fā)現(xiàn)微波加熱大大加快了制活性炭的效率.而夏洪應(yīng)等[1 8]更以紫莖澤蘭為原料,碳酸鉀為活化劑,采用超聲波浸漬,微波輻射法成功制備了性能較好的活性炭.E m in e Y a gm u r等[1 9]以茶葉/磷酸為原料通過(guò)微波制備得到活性炭,發(fā)現(xiàn)比表面積由傳統(tǒng)方法制備的9 2 8.8 m 2/g增加到1 1 5 7 m 2/g.

表明用微波加熱制備活性炭?jī)?yōu)于傳統(tǒng)方法.

微波制備活性炭是基于傳統(tǒng)加熱制備的基礎(chǔ)發(fā)展的,與傳統(tǒng)加熱方法相比較,微波輻照法制取活性炭不僅極大地縮短了時(shí)間,有更顯著的多孔結(jié)構(gòu),內(nèi)部表面積也更加擴(kuò)大.即微波輻照下可制取優(yōu)質(zhì)活性炭.

2.2活性炭的微波再生微波輻照再生法是在熱再生法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的活性炭再生技術(shù).其原理是以電為能源,利用微波輻照加熱實(shí)現(xiàn)再生.這一再生又分吸附-再生過(guò)程分離過(guò)程與吸附-再生過(guò)程同步情況下的微波再生.

一是吸附-再生過(guò)程分離條件下的微波再生.L iu X ita o等[2 0]研究了微波輻射協(xié)助下氯酚的分解和顆粒活性炭再生的過(guò)程.發(fā)現(xiàn)當(dāng)微波功率為8 5 0 W照射1 0 m in后,大多數(shù)的氯酚被分解形成二氧化碳,水和氯化氫或緊緊與活性炭相結(jié)合,只有不到2%的氯酚轉(zhuǎn)化成的中間體蒸發(fā)出來(lái).并分析出了一些脫氯和脫羥基化產(chǎn)品.還發(fā)現(xiàn)活性炭經(jīng)吸附/微波輻射再生周期后,其吸附能力如比表面積、碘值和五氯苯酚吸附等溫線等可以保持一個(gè)比較高的水平,甚至高于未使用的活性炭.他們還通過(guò)使用顆?；钚蕴繉?duì)2,4,5∃三氯二聯(lián)苯進(jìn)行洗滌和微波活性炭再生以模擬土壤吸附實(shí)驗(yàn)[2 1],結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)數(shù)個(gè)吸附/微波再生周期后,活性炭的吸附率增加,而吸附能力下降.在活性炭微波再生過(guò)程中,大部分2,4,5-三氯二聯(lián)苯在3 m in即被降解.X ie Q u a n等[2 2]研究了3種不同原料制備的顆?；钚蕴吭谖剿嵝猿?后的微波輻射再生性能.

結(jié)果發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)吸附-微波輻射再生的循環(huán),活性炭的吸附率和容量可以保持相對(duì)較高的水平,甚至高于未使用的活性炭.C.O.A n ia等[2 3]探討了應(yīng)用于制藥工業(yè)廢水中水楊酸吸附的活性炭的微波應(yīng)用的再生.發(fā)現(xiàn)其在高溫和氧化的氣氛中循環(huán)6個(gè)周期后的再生效率高達(dá)9 9%.再生效率明顯優(yōu)于傳統(tǒng)加熱4 5 0℃條件下的9 5%.二是吸附-再生過(guò)程同步情況下的微波再生.吸附再生同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程又分為在溶液條件下和固相條件下進(jìn)行.Zha n g Zha o ho n g[2 4]等在在溶液條件下使用活性炭粉末通過(guò)微波輻射對(duì)剛果紅進(jìn)行降解,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在2.0 g/L的活性炭粉1.5 m in微波輻射條件下2 5 m L 5 0 m g/L的剛果紅的降解率

可達(dá)到8 7.7 9%.在相同的照射時(shí)間下增加活性炭粉末的加入量達(dá)3.6 g/L時(shí),剛果紅的降解率達(dá)9 6.4 9%.再延長(zhǎng)照射時(shí)間到2.5 m in時(shí),剛果紅的降解率可達(dá)9 7.8 8 %.并適合大規(guī)模處理各種偶氮染料廢水.而H u a-S ha n T a i[2 5]、C hih-J u G.J o n[2 6]等還在顆?；钚蕴刻畛浯卜磻?yīng)器上應(yīng)用微波輻射場(chǎng)處理有機(jī)化合物.結(jié)果發(fā)現(xiàn)在微波輻射場(chǎng)作用下有機(jī)物能達(dá)到極低水平.且已使用的活性炭在性能方面高于從未使用過(guò)的新制活性炭.

不同種類活性炭的電磁學(xué)物性表現(xiàn)有一定差異[2 7].但總體來(lái)說(shuō),活性炭吸附與微波輻射降解表明許多優(yōu)點(diǎn),包括高降解率,反應(yīng)時(shí)間短,成本低,沒(méi)有中間體和無(wú)二次污染.其原因的可能是微波加熱使被加熱物能在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到極高溫度,導(dǎo)致其中異物質(zhì)揮發(fā)較為充分.其深層間原因可能源于微波照射更有效地保存了多孔結(jié)構(gòu)的再生、修改了孔徑分布及表面的化學(xué)特性[2 8].

2.3以活性炭為載體的催化劑的微波反應(yīng)處理固載的催化劑的制備及活化處理長(zhǎng)期以來(lái)是困擾應(yīng)用的一大難題.而以活性炭為載體的催化劑的處理可較為容易的完成這一過(guò)程.總體來(lái)說(shuō),微波處理活性炭固載的催化劑主要是去除非有效成分,達(dá)到更純、更細(xì)、更有效的目的.鄭曉玲等[2 9]研究以活性炭載體的微波處理對(duì)氨合成催化劑R u/C催化性能的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)活性炭經(jīng)微波處理后能有效地脫除非碳成分,提高炭載體的穩(wěn)定性.通過(guò)該方法制備的負(fù)載型釕催化劑不僅具有較高的分散度,而且在一定溫度范圍內(nèi)能夠防止金屬粒子燒結(jié),從而使催化劑的活性和穩(wěn)定性明顯提高.張勁松等[3 0]研究了微波誘導(dǎo)甲烷在活性炭/碳化硅上直接轉(zhuǎn)化制C 2烴,發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用合適的微波作用條件時(shí),微波加熱與微波等離子協(xié)同作用可使甲烷在多孔碳化硅擔(dān)載的活性炭催化劑上以很高的轉(zhuǎn)化率和選擇性直接轉(zhuǎn)化為乙炔.L i W e i[3 1]等研究提取鋅的廢催化劑的微波輻射處理.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,未經(jīng)微波輻射處理的廢催化劑主要是由醋酸鋅和活性炭,但被處理的微波輻射處理的主要是由碳和氧化鋅,而氧化鋅是吸附表面和孔隙的廢催化劑,因此微波輻射可提高廢催化劑活性,提高鋅的浸出率.H isao H ida ka等[3 2]研究由亞陰離子在水溶液中堿性介質(zhì)中存在的鈀負(fù)載活性炭的氯苯微波輔助脫氯反應(yīng).結(jié)果發(fā)現(xiàn)微波介質(zhì)加熱大大減少氯苯的含量.L iu Y a z i等[3 3]研究微波催化輻射炭表面沉積二氧化鈦的情況,發(fā)現(xiàn)利用微波輻射能生成統(tǒng)一的銳鈦型二氧化鈦,且提高納米二氧化鈦的含量.A kira M iya zaw a等[3 4]還研究了胺在Pt/C催化劑微波輻射下的轉(zhuǎn)化,發(fā)現(xiàn)伯胺能較為簡(jiǎn)便地轉(zhuǎn)化為仲胺.

3 結(jié)語(yǔ)

制備工藝條件改進(jìn)提高了活性炭的吸附性能,

使其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大.微波在耗能上比傳統(tǒng)方式更突出,而且具有設(shè)備簡(jiǎn)單,在制造方面更是大大節(jié)約了反應(yīng)時(shí)間,提高了工業(yè)生產(chǎn)的周期,能提供更大的效益.如果把微波和其它技術(shù)如超聲波[1 8]、紫外[3 5]等相結(jié)合,能提供一種更為快捷、更簡(jiǎn)便的活性炭制備-再生方法.但目前微波還沒(méi)有在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用,如果要把微波在活性炭制備、再生和相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用還需要更多的研究.