2016, Vol. 37
活性炭作为一种优良的吸附剂，由于其吸附容量大、吸附速度快、易于再生等特点常常被用于处理含挥发性有机物(volatile organic compounds，VOCs)的废气处理[1~3]和污染场地中VOCs样品收集[4, 5]等.已有研究表明，活性炭的理化性质对其吸附不同种类VOCs有不同程度影响[6, 7].而活性炭表面官能团可通过其活化化学过程、或者化学后处理等方法调控； 活性炭孔结构可以通过控制活化温度、活性炭基质或者强酸/碱浸渍来调控[8~12].所以，通过基于不同目标导向的改性方法改变活性炭表面官能团和孔隙结构，可以针对性提高活性炭对不同目标物质吸附性能.在活性炭改性的诸多方法中，酸碱改性方法由于操作简单且效果较好而被广泛应用，其常用的改性介质主要有H2SO4、H3PO4、HNO3、NaOH、NH3 ·H2O等[10, 13, 14].而不同的改性方法对活性炭微孔结构和表面化学特性，如比表面积、表面活性位点等的改变差异较大[6, 9, 11]，这对活性炭吸附目标物质可能会产生不同程度影响.因此，探讨不同改性方法对活性炭各理化性质的改变，分析其对活性炭吸附目标物质效果的影响，研究影响活性炭吸附目标物质最关键因素，对于确定活性炭目标改性方向，提高活性炭对目标物质吸附效果具有重要意义.本研究采用不同酸、碱改性方法对活性炭进行改性处理，比较不同改性方法对活性炭吸附甲苯蒸气能力的效果，并用碱溶液对酸改性活性炭进行二次改性处理，进一步分析影响活性炭吸附苯蒸气的因素，以期为提高活性炭吸附甲苯改性方法提供参考.
1 材料与方法 1.1 实验材料采用粒度为80~100目的椰壳基活性炭(国药集团化学试剂有限公司，北京)作为吸附剂.活性炭于无水乙醇中超声洗涤10min，浸泡20 min后，用去离子水超声洗涤20 min，反复冲洗多次以去除杂质，放入马弗炉中105℃烘干，置于干燥器备用.
1.2 活性炭改性 1.2.1 活性炭酸、碱改性处理选取HNO310mol ·L-1[9]，H2SO4 9 mol ·L-1[10]，H3PO4 7.3 mol ·L-1[10]，NaOH 10 mol ·L-1[13]，NH3 ·H2O 10%(质量分数)[14]作为改性液.改性后活性炭分别标记为AC-NA、AC-SA、AC-PA、AC-SH、AC-AH； 未改性活性炭记为Bare-AC.操作方法为：取15 g预处理过的活性炭，放入200 mL改性液中，水浴(70℃)浸泡4 h，摇床35℃振荡24 h，过滤.将改性处理后的活性炭用去离子水清洗至中性，105℃干燥后密封备用.
1.2.2 活性炭二次改性处理选用硫酸改性活性炭AC-SA进行二次改性处理.分别取200mL 浓度为10、 5、 2.5、 1、 0.5 mol ·L-1 NaOH溶液和10 wt% NH3 ·H2O溶液于300 mL 锥形瓶中，向上述溶液中分别加入15 g AC-SA，水浴(70℃)浸泡4 h，摇床35℃振荡24 h，过滤.将改性处理后的活性炭用去离子水清洗至中性，105℃干燥后密封备用.改性后活性炭分别标记为AC-SA-SH10、AC-SA-SH5、AC-SA-SH2.5、AC-SA-SH1、AC-SA-SH0.5、AC-SA-NH.
1.3 活性炭表征采用比表面积及介孔/微孔分析仪(Micromeritics，ASAP 2020，美国)测定活性炭样品的BET(Burunauer-Emmett-Teller)比表面积.在-196℃下氮气吸附测定，在氮气吸附前，需要在200℃下抽真空高温干燥，以去除样品微孔内残留水分.用Barrett-Joymer-Halenda方法计算孔容和孔径分布[15]； 采用扫描电镜(SEM，Hitachi，SU8010,日本)分析测定样品表面形貌特征及表面元素； 采用傅里叶红外光谱(FT-IR)分析仪(PerkinElmer，spectrum100，英国)分析活性炭表面化学基团，扫描波数范围4 000~400cm-1； 采用Boehm滴定法[16]测定活性炭表面含氧官能团数量.
1.4 甲苯吸附实验活性炭吸附甲苯蒸气实验装置如图 1所示.首先通过分压阀从氮气气瓶向管道中注入氮气作为载气，当载气气流稳定，电炉和水浴锅达到设定温度后，开启微量注射泵按设定的速率将甲苯溶液注入甲苯蒸气发生装置中气化，蒸气与恒定流量的载气混合，流经混合瓶保持进气恒温(恒温水浴锅箱温度设置30℃)，通过调节微量注射泵和载气气流流速比，获得特定浓度(约8mg ·L-1)的甲苯蒸气.
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图 1 活性炭吸附甲苯蒸气装置示意 Fig. 1 Schematic diagram of the experimental set-up for investigation of benzene adsorption on activated carbon |
甲苯蒸气进入活性炭吸附柱(约1.5~2.2 g活性炭)中被吸附，当吸附柱质量40 min内不再变化认为吸附达到平衡.通过采用灵敏天平(Mettler Toledo，ML 204/02，瑞士，精度为0.1 mg)称量吸附前后活性炭吸附柱质量变化，得到活性炭对苯蒸气的饱和吸附量[11, 13, 17]，计算公式如下：
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式中，Qt是活性炭甲苯饱和吸附量，mg ·g-1； m0是吸附前活性炭吸附柱总质量，g； mt是吸附后活性炭吸附柱总质量，g； mAC是吸附柱内活性炭净重，g.
2 结果与讨论 2.1 活性炭理化性质表征 2.1.1 酸碱改性活性炭理化性质表征分别用H2SO4、HNO3、H3PO4、NaOH、NH3 ·H2O溶液对活性炭进行改性，改性前后活性炭表面结构采用扫描电镜分析(图 2).活性炭表面呈多孔蜂窝状，孔隙结构丰富，小孔分布密集.与改性前 [图 2(a)]相比，经NaOH和NH3 ·H2O改性后活性炭[图 2(b)和2(c)]微孔增多，BET比表面积增大； 酸改性后活性炭 [图 2(d)、2(e)和2(f)]表面孔结构有不同程度破坏，特别是HNO3改性后活性炭 [图 2(e)]表面微孔孔结构破坏较大，导致其改性后活性炭BET比表面大幅减小.尽管酸碱改性对活性炭表面结构都产生一定程度影响，但改性后活性炭表面形貌特征变化均不明显，结构仍是以微孔分布为主的蜂窝状.
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图 2 不同酸、碱改性处理活性炭扫描电镜(SEM)分析 Fig. 2 SEM photographs of various acid/alkali-treated ACs |
一次改性活性炭表面孔结构分析和表面酸性官能团数量变化列于表 1.
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表 1 活性炭表面孔结构分析和表面酸性官能团数量 Table 1 BET area，micropore area and micropore volume and amount of surface acidic functional groups of both Bare-AC and acid/alkali-treated ACs |
活性炭经过碱改性后，其微孔表面积和微孔容 积都有增加，这是由于化学浸渍过程中碱液对活性 炭具有一定蚀刻作用，导致炭骨架结构改变，活性炭内部孔道打通形成微孔，使得活性炭微孔表面积及微孔容积有所增加.AC-SH活性炭BET比表面积增加3.4%，微孔表面积增加10.6%，微孔容积增加10.1%； AC-AH活性炭BET比表面积略有减小，微 孔表面积与微孔容积略有增加，这可能是由于与10mol ·L-1 NaOH相比，质量分数为10% NH3 ·H2O碱性较弱，对活性炭的蚀刻作用弱于NaOH，使得活性炭内部微孔结构变化较小.
活性炭经酸改性后，活性炭微孔表面积和微孔容积都减少.其中AC-SA活性炭BET比表面积与Bare-AC相比减少6.0%，微孔面积减少2.9%，微孔容积减少了15.1%，这是由于硫酸的强酸性对于活性炭具有强烈的蚀刻作用，导致活性炭内部某些孔道被硫酸蚀，活性炭内部分微孔被硫酸氧化侵蚀交联，小孔连通形成大孔，导致活性炭微孔面积和容积均有减少[18].AC-NA活性炭BET比表面积减少48.9%，微孔面积减少26.5%，微孔容积减少24.8%，可能是由于10 mol ·L-1浓硝酸氧化性强于9 mol ·L-1硫酸，在浸渍过程中可能将部分炭骨架氧化，加上对炭骨架的蚀刻作用，导致其孔结构不佳[19].同时，与Bare-AC相比，磷酸改性活性炭AC-PA比表面积、微孔面积和微孔容积减小，但其孔结构总体优于硝酸改性活性炭.
活性炭表面通常含有以羧基(—COOH)、酚羟基(—OH)、内酯基(C O)为主要代表的酸性含氧基团，实验采用FT-IR(图 3)测定了改性前后活性炭表面上述基团的种类变化.从红外图谱可以看出，Bare-AC在3 425 cm-1处的谱带振动可归属于活性炭表面酚羟基(—OH)、羧基(—COOH)和化学吸附水性O—H的伸缩振动，1 594 cm-1附近的吸收峰可归属于活性炭骨架中C C键的伸缩振动吸收； 经NaOH和NH3 ·H2O改性后，AC-SH和AC-AH在3 425 cm-1处没有基团振动产生的吸收峰，说明经碱改性活性炭表面羧基(—COOH)数量为(0.009/0.002) mmol ·g-1，酚羟基(—OH)含量为(0.005/0.003) mmol ·g-1，几乎为零； 经H2SO4、HNO3、H3PO4改性后，AC-SA、AC-NA、AC-PA在1 725 cm-1处产生吸收峰，这是羧酸基团及内酯基团中C O的特征伸缩振动峰，同时在3 425 cm-1处产生羧基(—COOH)和酚羟基(—OH)的伸缩振动峰，说明经酸改性后，活性炭表面含氧官能团增多，如表 1所示.而AC-NA在1 215 cm-1处产生是C—O的伸缩振动峰，这可能是由于HNO3本身的氧化性，将活性炭表面的C元素氧化产生.
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图 3 一次改性活性炭傅里叶红外光谱(FT-IR)分析 Fig. 3 FT-IR spectra of Bare-AC and acid/alkali-treated ACs |
Boehm滴定活性炭表面含氧官能团数量结果如表 1.从中可见，改性前活性炭含氧基团总量为0.218 mmol ·g-1，其中酚羟基(—OH)占51.4%，羧基(—COOH)占19.7%，内酯基(C O)为28.9%； 经碱改性后，活性炭表面含氧官能团数量减少，AC-SH为0.045 mmol ·g-1，AC-AH为0.112 mmol ·g-1，碱改性后活性炭表面羧基(—COOH)和酚羟基(—OH)数量几乎为零，与FT-IR图吻合； 经酸改性后， 活性炭表面数量官能团数量分别有不同程度增大，其中AC-NA 酸性官能团数量增大最多，为0.947mmol ·g-1，是Bare-AC数量的4.3倍，这可能与HNO3自身氧化性有一定关系[20].
2.1.2 二次改性活性炭理化性质表征为了进一步讨论酸碱改性对活性炭吸附甲苯蒸气的影响因素，选用硫酸改性活性炭AC-SA进行二 次改性处理.表 2所示为AC-SA经不同浓度NaOH和10% NH3 ·H2O溶液改性后的理化特性.从中可以看出，随着NaOH浸渍溶液浓度升高，二次改性后AC-SA比表面积略有增大，但相对变化不显著(P>0.05)； 微孔表面积、微孔容积增大，但相对变化不显著(P>0.05)； 平均孔径变化不显著(P>0.05).同时，AC-SA-AH比表面积、微孔表面积和微孔容积较AC-SA略有增大，平均孔径保持不变.
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表 2 二次改性活性炭表面孔结构分析和表面酸性官能团数量 Table 2 BET area，micropore area and micropore volume and amount of surface acidic functional groups of re-modified AC-SA |
二次改性后，活性炭表面酸性官能团数量大小依次为：AC-SA-SH0.5>AC-SA-SH1>AC-SA-AH>AC-SA-SH2.5>AC-SA-SH5>AC-SA-SH10.可见，随NaOH浸渍溶液浓度升高，活性炭表面含氧酸性官能团数量减少.这是因为AC-SA表面含氧酸性官能团较多，在碱性溶液NaOH浸渍下，AC-SA表面酸性官能团与NaOH溶液反应，导致活性炭表面酸性官能团数量减少.相同改性条件下，NaOH浸渍液浓度越高，酸性官能团数量减少越明显.同时，10% NH3 ·H2O 也与AC-SA表面酸性官能团反应，使AC-SA表面酸性官能团数量减少.
2.2 改性活性炭对甲苯蒸气动态吸附 2.2.1 酸碱改性活性炭对甲苯蒸气动态吸附采用动态吸附实验分别测定不同酸、碱改性活性炭对甲苯饱和吸附量，结果如图 4所示.
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图 4 不同改性活性炭对甲苯蒸气动态吸附穿透曲线 Fig. 4 Adsorption breakthrough curves of Bare-AC and acid/alkali-treated ACs |
从图 4可以看出，当吸附甲苯蒸气浓度恒定时，碱改性活性炭对甲苯吸附量相比Bare-AC有所提高，酸改性降低了活性炭对甲苯的吸附能力.改性后，各活性炭对甲苯吸附能力大小依次为AC-SH>AC-AH>Bare-AC>AC-SA>AC-PA>AC-NA.Bare-AC对甲苯吸附量在100 min 时达到饱和，饱和吸附量为240mg ·g-1.AC-AH对甲苯吸附量在220 min达吸附饱和，饱和吸附量为310mg ·g-1，相比Bare-AC，饱和吸附量提高了29.2%； AC-SH对甲苯吸附量在230 min达饱和，饱和吸附量为334mg ·g-1，相比Bare-AC提高了39.2%，可见AC-SH对其吸附能力提高最大.而经过酸改性活性炭，对甲苯吸附能力均有所降低，AC-SA对甲苯饱和吸量为217mg ·g-1，AC-PA对甲苯吸附量为201mg ·g-1，AC-NA对甲苯饱和吸附能力为192mg ·g-1，相比Bare-AC分别减少了9.6%、16.2% 和20.0%.总体来说，酸改性活性炭甲苯吸附量降低，而碱改性活性炭甲苯吸附量增大.
甲苯在活性炭上动态吸附过程，即甲苯分子在吸附柱上的传质过程.其中传质过程与载气流速、进气浓度和吸附柱填充密度有关.实验中载气流速和进气浓度均为仪器控制，图 4中吸附穿透曲线交叉现象可能是由于吸附柱填充密度不同，即吸附剂质量差异造成.Bare-AC吸附柱填充质量为1.957 7g，填充密度较大，甲苯气体在吸附柱内停留时间较长，相同时间时Bare-AC吸附甲苯质量较大； 而AC-SH、AC-AH吸附柱填充质量分比为1.497 2 g和1.488 4 g，吸附柱填充密度为Bare-AC的约76%，因此在进气稳定的情况下Bare-AC可能先达到吸附平衡，但Bare-AC饱和吸附量小于AC-SH、AC-AH，因此在吸附穿透曲线上表现为平衡吸附量低于AC-SH、AC-AH.同理，由于吸附柱填充密度不同，甲苯气体在吸附剂内停留时间不同，导致相同进气时间吸附量有差别，AC-SA和AC-NA、AC-PA吸附穿透曲线产生交叉现象.
2.2.2 二次改性活性炭对甲苯蒸气动态吸附AC-SA-SH10与AC-SA-AH对甲苯吸附穿透曲线如图 5(a)所示.从中可以看出，AC-SA-SH10吸附甲苯在210 min 达到吸附平衡，甲苯平衡吸附量为330mg ·g-1，比AC-SA甲苯饱和吸附量增加52.1%； AC-SA-AH在195 min 达到吸附平衡，甲苯平衡吸附量为298mg ·g-1，比AC-SA甲苯饱和吸附量增加37.3%.说明碱改性方法中，NaOH溶液较NH3 ·H2O溶液更利于活性炭吸附甲苯. 不同浓度NaOH改性活性炭吸附甲苯穿透曲线如图 5(b)所示.从中可以看出，活性炭甲苯饱和吸附量大小依次为：AC-SA-SH10 (330mg ·g-1)>AC-SA-SH5 (319mg ·g-1)>AC-SA-SH2.5 (300mg ·g-1)>AC-SA-SH1 (280mg ·g-1)>AC-SA-SH0.5 (239mg ·g-1)，相比AC-SA，改性后活性炭甲苯饱和吸附量分别提高52.1%、47.0%、38.2%、29.0%和10.1%.即随NaOH改性液浓度升高，活性炭甲苯吸附量依次升高，其中当10 mol ·L-1 NaOH溶液改性效果最好.碱改性能提高活性炭对甲苯吸附能力，主要是因为碱改性提高活性炭表面含氧碱性基团的数量，导致表面零电势点的pHpzc升高，从而增强活性炭表面非极性； 而甲苯分子属于弱极性或非极性分子，碱改性通过增大活性炭表面π-π电子扩散力来提高对甲苯气体的吸附量[21].
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图 5 二次改性活性炭对甲苯蒸气动态吸附穿透曲线 Fig. 5 Adsorption breakthrough curves of re-modified ACs |
活性炭表面理化特征的改变，对于活性炭吸附甲苯能力产生不同程度影响，理化特征与活性炭甲苯吸附量回归关系如图 6所示.
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图 6 改性活性炭理化特征与甲苯饱和吸附量关系 Fig. 6 Relationship between physicochemical characteristics and saturated toluene adsorption capacity of modified AC |
活性炭表面结构是决定活性炭吸附量的一个重要因素，活性炭吸附量的大小与活性炭孔结构，特别是微孔结构特征具有密切关系[22].活性炭BET比表面积与甲苯吸附量关系变化如图 6(a)所示.BET比表面积与甲苯吸附量呈一定正相关性，碱改性由于增加活性炭比表面积，尤其NaOH改性活性炭BET比表面积最大，对甲苯饱和吸附量最大； 酸改性会降低活性炭BET表面积，因此会降低活性炭对甲苯吸附能力.可见，活性炭孔结构是影响活性炭对甲苯吸附能力的一个重要因素[23].
吸附过程主要分为外扩散(吸附质从流体主体以对流扩散的形式传递到固体吸附剂的外表面)、内扩散(吸附质从吸附剂的外表面进入吸附剂的微孔内扩散到固体的内表面)和表面吸附(吸附质在吸附剂固体内表面上被吸附剂所吸附).其中，内扩散和表面吸附过程主要依靠活性炭内部孔道容积.孔是吸附质分子在吸附剂中吸附驻留的场所.吸附质分子能否被吸附，与吸附质分子大小、吸附剂孔径大小、吸附剂有效孔容有关.甲苯分子直径0.6nm左右，主要依靠孔径为0.8~2.4 nm的孔吸附，即甲苯在活性炭中主要依靠微孔吸附[24].活性炭微孔面积与甲苯吸附量关系如图 6(b)所示.从中可以看出，经碱改性后活性炭微孔结构更加丰富，对甲苯吸附能力均有提高，尤其NaOH改性活性炭微孔面积最大，甲苯吸附量也最大； 酸改性活性炭表面微孔结构与Bare-AC相比降低，甲苯吸附量减少.与BET影响相同，活性炭微孔面积与甲苯吸附量呈正相关性，活性炭对甲苯饱和吸附能力随其表面微孔面积增大而升高.同时，微孔面积与甲苯饱和吸附量拟合曲线回归系数(R2=0.671)大于BET比表面积与甲苯吸附量拟合曲线回归系数(R2=0.367).说明在活性炭甲苯吸附过程中，活性炭主要依靠其比表面积中的微孔面积吸附甲苯分子，微孔吸附是活性炭吸附甲苯蒸气的主导因素，由于碱改性提高了活性炭微孔结构，因此大大提高Bare-AC对甲苯的吸附能力.活性炭微孔容积与甲苯吸附容量关系如图 6(c)所示.从中可以看出，与微孔面积变化规律相同，碱改性活性炭微孔容积均高于Bare-AC，甲苯饱和吸附量增大.微孔容积与甲苯吸附量呈正相关性，即微孔容积越大，活性炭对甲苯蒸气吸附容量越大.根据酸碱改性表征结果，碱改性提高活性炭BET比表面积、微孔表面积和微孔容积，对活性炭甲苯吸附量提高有正向作用，而酸改性则相反.
活性炭吸附能力除与其孔结构有关，还与活性炭表面吸附位点有关. 活性炭表面吸附活性位点与活性炭表面官能团有关，表面官能团决定活性炭表面一些物化性质，如极性、亲/疏水性、催化能力、表面电荷分布和骨架电子云密度等，对吸附质产生一定的影响[25].活性炭表面酸性官能团数量与甲苯吸附量关系如图 6(d)所示，酸性官能团数量与甲苯吸附量呈负相关性，酸性官能团数量增加，活性炭对甲苯吸附能力下降.NaOH改性活性炭表面酸性位点几乎为零，而H2SO4、HNO3等改性活性炭表面酸性位点提高3~4倍，但甲苯吸附能力却大大降低.这可能是由于活性炭表面酸性官能团具有吸电子的作用，这使得活性炭自身的π电子密度降低，进而削弱了活性炭与甲苯间的π-π相互作用[26].另一方面，表面含氧官能团的生成使得活性炭的亲水性增加，而甲苯属于疏水性物质，从而导致了对甲苯吸附性能的下降. 从酸碱改性结果来看，碱改性后活性炭表面含氧酸性官能团数量减少，能够增强活性炭表面对甲苯附着力，提高活性炭甲苯吸附量； 而酸改性后活性炭表面酸性位点增多，不利于甲苯在活性炭表面附着.
因此，对于活性炭吸附甲苯，NaOH和NH3 ·H2O改性活性炭吸附能力提高，是由于改性过程中碱性改性介质一方面使活性炭微孔结构更加丰富，另一方面降低活性炭表面酸性位点，使甲苯更易附着在活性炭表面，从而提高活性炭甲苯吸附能力.
2.3.2 改性活性炭表面理化特性与甲苯吸附量的多元回归分析活性炭表面理化特性(如活性炭表面BET比表面积、微孔表面积、微孔容积、表面酸性官能团等)对活性炭吸附甲苯蒸气都有不同程度影响. 在使用酸、碱方法对活性炭进行改性后，这些活性炭表面理化特性均会发生不同程度变化.为了探究这些因素变化对活性炭吸附甲苯蒸气影响大小，采用多元线性回归方法，以甲苯饱和吸附量为因变量，以这些活性炭表面理化特性为自变量做逐步线性回归，回归方程为：
Q=1912.8V-0.638C-138.7
式中，Q：甲苯饱和吸附量，mg ·g-1；V：微孔容积，cm3 ·g-1；C：酸性官能团数量，mmol ·g-1.
分析各因素在回归模型中标准化系数见表 3.
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表 3 活性炭表面理化特性与甲苯吸附量的多元回归分析 Table 3 Multiple regressions among the surface physico-chemical properties of AC and the adsorption capacity of toluene |
多元回归分析发现，微孔容积和酸性官能团数量对活性炭吸附甲苯蒸气影响显著，而BET比表面积和微孔表面积在模型拟合中不显著.根据多元回归线性方程可以用于活性炭甲苯吸附量预测，即根据微孔容积和酸性官能团数量预测活性炭对甲苯吸附量.因此，为提高活性炭对目标物质吸附量，应针对活性炭微孔容积和表面官能团的变化进行改性.
2.3.3 活性炭表面含氧酸性官能团对甲苯吸附的影响酸碱改性结果可以看出，碱改性一方面能够丰富活性炭微孔结构，一方面减少活性炭表面含氧酸性官能团数量，从而提高活性炭对甲苯吸附能力； 二次改性结果显示，活性炭孔结构变化不显著，表面含氧酸性官能团显著变化，活性炭对甲苯吸附能力依然有不同程度提高. 因此，活性炭表面含氧酸性官能团对甲苯吸附量有一定影响.为了进一步研究含氧酸性官能团对活性炭甲苯饱和吸附量的影响，对二次改性活性炭甲苯饱和吸附量和表面酸性官能团数量做回归拟合，结果如图 7所示.
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图 7 活性炭表面酸性官能团数量与甲苯饱和吸附量关系 Fig. 7 Relationship between amount of acidic functional groups and toluene adsorption capacity |
从图 7可以看出，酸性官能团数量与活性炭甲苯吸附量呈线性负相关，且线性模型拟合结果均显著(P<0.05).其中，—COOH数量与甲苯饱和吸附量线性相关系数为0.991，说明—COOH数量对活性炭表面吸附甲苯影响较大.C O和—OH数量与甲苯饱和吸附量线性拟合较好，说明C O和—OH对活性炭吸附甲苯过程均影响较大. 可见，活性炭表面由—COOH、C O和—OH对其吸附甲苯均有影响. 由于活性炭表面含氧酸性官能团与活性炭表面亲/疏水性、表面电荷、催化性质等特性有关，因此，表面酸性官能团对活性炭吸附甲苯的影响是一个综合过程，活性炭吸附不同吸附质，酸性官能团影响也不相同，例如Vega等[25]采用COSMO-RS模型预测了活性炭表面—OH对挥发性硫化物的吸附影响显著.针对活性炭吸附甲苯过程研究，为了提高活性炭对甲苯吸附能力，可以优先考虑活性炭表面官能团的目标导向性改性，通过减少活性炭表面含氧酸性官能团，特别是—COOH数量，以提高活性炭对甲苯吸附能力.
3 结论(1) 活性炭BET比表面积、 微孔表面积和微孔容积与活性炭吸附甲苯能力呈正相关，活性炭表面酸性官能团数量与活性炭吸附甲苯能力呈负相关.碱改性提高活性炭吸附甲苯能力，是由于改性过程中提高活性炭微孔孔容、降低其表面酸性官能团数量，增大活性炭表面π-π电子扩散，从物理吸附和化学吸附两方面提高活性炭甲苯吸附量. 微孔容积与表面酸性官能团数量对活性炭对甲苯吸附能力影响显著，为有效提高改性活性炭对甲苯吸附能力，改性应以活性炭微孔容积和表面官能团变化为目标导向.
(2) 活性炭酸碱二次改性，通过H2SO4改性后再经NaOH改性，减少活性炭表面含氧酸性官能团数量，特别是—COOH数量，能显著提高活性炭对甲苯饱和吸附量，提高对甲苯吸附能力.为了提高活性炭对甲苯吸附能力，可以优先考虑活性炭表面官能团的目标导向性改性，通过减少活性炭表面含氧酸性官能团，特别是—COOH数量，以提高活性炭对甲苯吸附能力.
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