黄伟成　范家鑫　谈珍妮

【摘 要】本文主要介绍了活性炭纤维对NO气体的吸附性能特点，同时还分别介绍了单纯活性炭纤维、物理改性和化学改性活性炭纤维在吸附NO气体方面的研究成果。

【关键词】活性炭纤维；吸附性能；NO；研究进展

活性炭纤维（ACF）是一种新型高效的多功能材料，具有比颗粒活性炭更大的吸附容量和更佳的吸附动力学性能以及很大的比表面积，良好的孔结构，丰富的表面基团，高效的原位脱氧能力，其化学稳定性也较好，因而在气体净化领域得到广泛的运用，包括对于NO的良好吸附及催化氧化作用，以及通过改性负载等方法使得吸附性能大大提高。世界各国对于ACF吸附及催化氧化NO进行大量的实验研究。本文主要介绍了该领域的研究动态和发展趋势，主要通过纯活性炭纤维和改性活性炭纤维吸附NO两方面进行介绍。

1 纯活性炭纤维对于NO气体的吸附研究

在纯活性炭纤维对于NO气体的吸附研究上，研究人员分别对于沥青基、聚丙烯腈基和粘胶基炭纤维等不同前驱体活性炭纤维吸附性能进行研究。还研究了活性炭纤维物理性能对于吸附NO气体性能的影响。此外，对于活性炭纤维对于NO气体的吸附机理和NO气体吸附效率进行了实验研究。

Mochida等[1]系统研究了一系列沥青基活性炭纤维的催化性能，了解到室温下一种活性炭纤维可把烟道气中的NO还原到10mL/m3以下，可以利用在多个方面。

吉村英夫等[2]报道了用沥青基炭纤维毡在200～500℃间能高效的净化柴油机排气中的NO，他们对实车台架实验的结果做了详细的报道。

刘鹤年等[3]研究表明，活性炭纤维可将NO部分催化转化为NO2，较低比表面积的活性炭纤维由于较窄的孔径分布和较大的类石墨从而有利于对NO的催化氧化。

杨辉等[4]研究表明，在氮气氛围下活性炭纤维表面C-O官能团对吸附态的NO起到氧化作用，吸附态NO被C-O官能团氧化生成-NO2官能团：在含氧气氛下活性炭纤维吸附NO后表面出现-NO2·-NO3官能团。吸附在活性炭纤维表面上的NO与环境气氛中游离态O2发生氧化反应是NO转变为NO2的主要途径。

许绿丝等[5]研究表明实验条件下最佳工况为温度30℃水蒸气体积分数为8%氧气体积分数为5%，此时NO的吸附效率为65.9%。

杨辉等[6]研究结果表明，环境气氛中的O2分子可以先吸附于ACF表面形成两个半醌基（C-O），之后C-O和吸附态的NO发生氧化反应生成-NO2；游离的O2也可以经过ACF表面的催化作用从而形成活性氧原子（O*）从而直接和吸附态的NO反应生成-NO2。与NO相比，O2分子的吸附能大。在同NO的竞争吸附中占据优势，结合统计热力学分析，吸附态的NO和游离态的O2所产生的活性氧原子发生氧化反应是NO转化为NO2的主要途径。

2 改性活性炭纤维对NO气体吸附的研究

近年来，不断的有实验人员希望通过对于活性炭纤维的改性，从而提高活性炭纤维对于NO气体的吸附效率。活性炭纤维的改性主要包括物理改性和化学改性。物理改性是用高温，微波，电极等物理方法，改变活性炭纤维比表面积，孔径等物理性能，提高活性炭纤维对于NO气体的吸附性能。化学改性是通过引入活性官能团或负载催化剂等方法，增加活性炭纤维对于NO气体的吸附。其中化学改性的效果较为明显。

许绿丝等[7]研究表明，对ACF进行改性处理增加对NO的吸附能力及氧化催能力，因而增加了化学吸附量。改性ACF的空孔结构不会产生过多变化，物理吸附量减少不多。

郭占成[8]把沥青基活性炭纤维经硫酸活化处理后，把烟道气中氮氧化物进行选择性催化还原，当气体中氧含量约低于10%时，使用硫酸活化处理，低温下沥青基活性炭纤维对氮氧化物选择性催化还原的活性得到较大提高。

张守臣等[9]研究表明， 硝酸处理增会加活性炭上的含氧活性而增加对于NO的吸附能力，经硝基浸渍的活性炭纤维毡前后，脱除NO气体的反应速率常数r分别为： 0.953和r=0.982，表明经硝酸处理后脱除NO的性能有所提高。

李国希等[10]研究表明 电积沉Pt没有改变活性炭纤维的微孔结构，Pt粒高度分散在活性炭纤维的外表面，Pt-AFC和AFC的等量吸附热之差达到1.6KJ/mol，并且NO的吸附量显著增加，说明化学吸附的存在。

符若文等[11]研究表明经400℃热处理的负载钯活性碳纤维在300℃以上的催化温度对CO/NO混合气体有很高的转化效率，在合适条件下可达到100%。对于单组份Pd负载活性炭纤维，Pd负载量达到4.11%时性能最佳，对于Pd/Cu的混合组分负载的活性炭纤维，Pd负载量5.1%时达到最佳。

3 结语

尽管活性炭纤维在废气处理中具有独特的优势，但由于受到当前技术水平的限制，其在工业生产中的应用仍然有不少问题。首先要降低生产成本以及活化步骤与成本，提高解吸再生效率，使未来活性炭纤维制品在气体净化的应用方面更具竞争性。目前，人们面临的迫切的问题在于大气环境的改善，如果采用活性炭纤维对于汽车尾气，工厂废气等进行处理可以有效地脱除其中的NO气体，以达到保护环境的目的。

【参考文献】

[1]Mochida. I， Korai. Y， Shirhama. M， et al. Removal of SOx and NOx over activated carbon fibers[J].Carbon，2000，38（1）：227-239.

[2]Yoshikawa. H， Kawamura. T， Tanaka. M， et al. Simultaneous Reduction of NOX and Soot Exhausted from Diesel Engine [J].SAE Paper 1994，940457

[3]刘鹤年，黄正宏，王明玺.常温下沥青基活性炭纤维对NO的催化氧化性能[J]. 化工学报，2011，62（2）：369-373.

[4]杨辉，刘豪，周康.活性炭纤维吸附脱除NO过程中NO氧化路径分析[J].燃料化学学报，2012，40（8）：1002-1008.

[5]许绿丝，岑泽文，曾汉才.活性炭纤维吸附NO和SO2的实验研究[J].华中科技大学学报：自然科学版，2006，34（2）：105-107.

[6]闫志强，王雷，杨辉.活性炭纤维催化氧化NO的量子化学研究[J].燃料化学学报，2014，42（12）：1478-1483.

[7]许绿丝，曾汉才，郭嘉.改性活性炭纤维（ACF）低温脱除多种污染物机理的研究现状[J].热力发电，2006（12）：1-4.

[8]郭占成.活性炭选择性催化还原（SCR）烟道气中的NOx[J].环境工程，1999，17（4）：34-40.

[9]张守臣，赵修仁，刘长厚.硝酸浸渍对活性炭纤维还原NO性能的影响[J].化工学报，2001，52（8）：690-694.

[10]李国希，黄启忠，侯娟，负载Pt活性炭纤维对NO的吸附活性[J].催化学报，2003，25（2）：107-110.

[11]符若文，杜秀英，曾汉民.负载金属基活性炭纤维对一氧化碳和一氧化氮的吸附及催化性能研究[J].新型炭材料，2000，15（3）：1-6.

[责任编辑：王伟平]