等离子体改性多孔吸附材料

随着工业和农业的迅速发展,大量重金属离子和持久性有机污染物被排放到水体和大气环境中,对社会环境和人类生命安全产生了极大的危害。因此,不管是从生态环境保护还是人体健康角度考虑,对于水体和大气环境中重金属离子和持久性有机污染物的脱除都具有重大战略意义。迄今为止,国内外科研工作者已经做了大量的工作来探索重金属离子和持久性有机污染物的脱除方法,到目前为止吸附技术是应用最为广泛的一种方法,而研究和开发新型高效吸附剂可以有效的推动环境危机的缓解。高性能吸附剂应具有较大的比表面积、多级孔道结构、丰富的吸附位点和良好的再生性能,而一般商用吸附剂的合成原料单一,很难同时满足以上需求。因此,需要对吸附剂进行改性。常用的吸附剂改性方法虽然可以向吸附剂表面引入大量的酸性位点和功能基团,但极易导致孔径结构的堵塞和比表面积的下降,其应用的前提是后期对孔径结构堵塞的弥补。等离子体技术是近年来材料改性领域新兴的一种方法,作用于材料表面不仅会产生表面交联和表面刻蚀,还能植入多种官能团,可以作为一种独立的改性方法。此外,由于等离子体技术具有表面清扫和表面刻蚀效应,也可以与酸碱活化或者化学官能团植入等方法相结合以弥补其造成的孔径堵塞的劣势。

等离子体改性多孔吸附材料

等离子体技术是近年来材料改性领域新兴的一种方法,具有作用时间短、适用范围广、无污染等优点,同时等离子体对材料进行处理的深度一般在几十nm,可以保持材料基体的力学性能同时改变材料表面的能量状况。放电等离子体中产生高能电子、离子、自由基和激发态粒子等活性粒子作用于材料表面会产生物理化学作用,涉及到的反应过程包括表面刻蚀、表面交联和官能团植入。放电等离子体对材料表面的刻蚀作用可以向吸附材料表面致孔,同时增加吸附剂表面的粗糙程度。吸附剂孔数量的增加也会使材料的比表面积变大,导致吸附剂暴露更多的活性位点,提高吸附剂的吸附能力。另一方面,低温等离子体电子能量约为几个到几十个eV,略高于材料表面常见的化学键能,因此等离子体有足够的能量使材料表面的化学键断裂或重组。若放电过程中的工作气体为惰性气体,放电过程中产生的活性粒子会使材料表面的化学键断裂,形成新的自由基,新的自由基之间会重新键合形成新的网状交联结构。表面交联现象最典型的特征是双键的产生。若放电过程的工作气体为反应性气体(氮气、氧气、二氧化碳和氨气等),材料表面的化学键断裂后与这些气体发生化学反应生成氨基、羟基和羧基等官能团。