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目前,世界化學向著更清潔、更環保、更節能的方向發展,其中微波是最具有發展潛力的制備新技術.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.微波加熱技術的原理主要是物質同微波偶合.即物質分子偶極振動同微波振動具有相似的頻率,在快速振動的微波磁場中,分子偶極的振動盡力同磁場振動相匹配,物質分子吸收電磁能以每秒數十億次的高速振動而產生熱能[8,9].其在化學領域有較多應用[1 0～1 2].

2.1活性炭的微波制備利用微波制備活性炭是

隨微波化學應用的進一步研究而展開的.其目的是替代傳統加熱方式,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.其活性炭的亞甲藍脫色力優于林業部一級活性炭標準.G u o J ia等[1 4]報道了以棕櫚石油焦為原料微波誘導二氧化碳氣體活化法制備活性炭的新方法.實驗結果表明這是可行的方法.J iY o n gb in等[1 5]在堿活化的化學活化法基礎上研究了通過氫氧化鉀/瀝青焦微波活化制備具有高表面積的活性炭.結果發現微波供熱制備的活性炭比表面積可達4 1 0 6 m 2/g,微孔容積達2.3 6 m 3 /g,均高于傳統方法制備的活性炭.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,發現在其碘值達1 8 3 4 m g/g,亞甲基藍吸附飽和值為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]以樹脂為原料在微波熱重分析儀中制備活性炭,結果發現微波加熱大大加快了制活性炭的效率.而夏洪應等[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/磷酸為原料通過微波制備得到活性炭,發現比表面積由傳統方法制備的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優于傳統方法.

微波制備活性炭是基于傳統加熱制備的基礎發展的,與傳統加熱方法相比較,微波輻照法制取活性炭不僅極大地縮短了時間,有更顯著的多孔結構,內部表面積也更加擴大.即微波輻照下可制取優質活性炭.

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上發展起來的活性炭再生技術.其原理是以電為能源,利用微波輻照加熱實現再生.這一再生又分吸附-再生過程分離過程與吸附-再生過程同步情況下的微波再生.

一是吸附-再生過程分離條件下的微波再生.L iu X ita o等[2 0]研究了微波輻射協助下氯酚的分解和顆粒活性炭再生的過程.發現當微波功率為8 5 0 W照射1 0 m in后,大多數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合,只有不到2%的氯酚轉化成的中間體蒸發出來.并分析出了一些脫氯和脫羥基化產品.還發現活性炭經吸附/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比較高的水平,甚至高于未使用的活性炭.他們還通過使用顆粒活性炭對2,4,5∃三氯二聯苯進行洗滌和微波活性炭再生以模擬土壤吸附實驗[2 1],結果發現經過數個吸附/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程中,大部分2,4,5-三氯二聯苯在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粒活性炭在吸附酸性橙7后的微波輻射再生性能.

結果發現,經過吸附-微波輻射再生的循環,活性炭的吸附率和容量可以保持相對較高的水平,甚至高于未使用的活性炭.C.O.A n ia等[2 3]探討了應用于制藥工業廢水中水楊酸吸附的活性炭的微波應用的再生.發現其在高溫和氧化的氣氛中循環6個周期后的再生效率高達9 9%.再生效率明顯優于傳統加熱4 5 0℃條件下的9 5%.二是吸附-再生過程同步情況下的微波再生.吸附再生同時進行的過程又分為在溶液條件下和固相條件下進行.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微波輻射對剛果紅進行降解,結果發現在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

可達到8 7.7 9%.在相同的照射時間下增加活性炭粉末的加入量達3.6 g/L時,剛果紅的降解率達9 6.4 9%.再延長照射時間到2.5 m in時,剛果紅的降解率可達9 7.8 8 %.并適合大規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]等還在顆粒活性炭填充床反應器上應用微波輻射場處理有機化合物.結果發現在微波輻射場作用下有機物能達到極低水平.且已使用的活性炭在性能方面高于從未使用過的新制活性炭.

不同種類活性炭的電磁學物性表現有一定差異[2 7].但總體來說,活性炭吸附與微波輻射降解表明許多優點,包括高降解率,反應時間短,成本低,沒有中間體和無二次污染.其原因的可能是微波加熱使被加熱物能在短時間內達到極高溫度,導致其中異物質揮發較為充分.其深層間原因可能源于微波照射更有效地保存了多孔結構的再生、修改了孔徑分布及表面的化學特性[2 8].

2.3以活性炭為載體的催化劑的微波反應處理固載的催化劑的制備及活化處理長期以來是困擾應用的一大難題.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程.總體來說,微波處理活性炭固載的催化劑主要是去除非有效成分,達到更純、更細、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氨合成催化劑R u/C催化性能的影響,結果發現活性炭經微波處理后能有效地脫除非碳成分,提高炭載體的穩定性.通過該方法制備的負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能夠防止金屬粒子燒結,從而使催化劑的活性和穩定性明顯提高.張勁松等[3 0]研究了微波誘導甲烷在活性炭/碳化硅上直接轉化制C 2烴,發現當使用合適的微波作用條件時,微波加熱與微波等離子協同作用可使甲烷在多孔碳化硅擔載的活性炭催化劑上以很高的轉化率和選擇性直接轉化為乙炔.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.實驗結果表明,未經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中存在的鈀負載活性炭的氯苯微波輔助脫氯反應.結果發現微波介質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,發現利用微波輻射能生成統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化,發現伯胺能較為簡便地轉化為仲胺.

3 結語

制備工藝條件改進提高了活性炭的吸附性能,

使其應用領域不斷擴大.微波在耗能上比傳統方式更突出,而且具有設備簡單,在制造方面更是大大節約了反應時間,提高了工業生產的周期,能提供更大的效益.如果把微波和其它技術如超聲波[1 8]、紫外[3 5]等相結合,能提供一種更為快捷、更簡便的活性炭制備-再生方法.但目前微波還沒有在工業生產中得到廣泛應用,如果要把微波在活性炭制備、再生和相關工業生產中得到應用還需要更多的研究.