納米碳與活性炭臭氧催化劑性能對比

       碳基材料作為臭氧氧化催化劑中的重要組成部分，具有比表面積大、耐酸堿、吸附性強(qiáng)、催化性強(qiáng)、易再生、易回收等優(yōu)點(diǎn)，這樣的特性也使得碳基材料既可以直接充當(dāng)臭氧催化劑，亦可作為負(fù)載金屬氧化物的載體而被廣泛應(yīng)用。碳基材料的表面食能團(tuán)（酸性和堿性基團(tuán)）和組織結(jié)構(gòu)（缺陷結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)性質(zhì)）對碳基材料的催化活性有很大影響，可以加速臭氧轉(zhuǎn)化為羥基自由基。目前，常見的用于催化臭氧氧化的碳基材料是活性炭、納米碳材料等。活性炭（AC）是一種比表面積大、價格低廉的多孔材料。研究表明，活性炭有利于臭氧和一些中間產(chǎn)物（如H2O2）轉(zhuǎn)化為自由基等活性氧物種。但其活性位點(diǎn)并未充分暴露或不能有效地催化臭氧及中間產(chǎn)物的分解。

 

       同時反應(yīng)過程中活性位點(diǎn)會逐漸被氧化從而減少，使催化劑失活。因此，對活性炭的表面進(jìn)行改性非常關(guān)鍵。常用的改性方法有氧化改性、還原改性等。在改性過程中，活性炭表面官能團(tuán)和孔徑分布發(fā)生了相應(yīng)的變化，從而影響了活性炭的吸附容量和罐化活性。

       納米碳與活性炭相比，其兩者化學(xué)成分相似，結(jié)構(gòu)有所不同。納米碳材料具有良好的導(dǎo)電性和儲存/釋放電子的能力，有利于催化反應(yīng)中的電子轉(zhuǎn)移速率，提高了整體反應(yīng)速率。比活性炭更具有優(yōu)勢的是，納米碳材料具有更高的比表面積和中孔體積，并且比常規(guī)材料具有更多的表面活性中心，反應(yīng)物分子在孔中的擴(kuò)散速率更快，因此納米碳材料通過反應(yīng)物分子在中孔中更快地擴(kuò)散來提高催化性能。

 

       其中，石墨烯是一種由單層碳原子以sp2雜化方式形成的周期蜂窩狀點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的二維碳納米材料，具有比表面積大、吸附性能好、電子遷移率高等特性，它在環(huán)境領(lǐng)域的研究已取得了重要進(jìn)展。石墨烯作為一種性能優(yōu)異的碳材料，可以作為助催化劑和其他材料進(jìn)行復(fù)合，可以提高材料的電子傳遞效率及催化活性。

 

       碳納米管（CNTs）是一種新型的納米級碳材料，由多個六邊形碳原子組成的，具有特殊腔型結(jié)構(gòu)，因此具有高比表面積、良好的導(dǎo)電性、穩(wěn)定性等，在制備復(fù)合材料、儲能材料、納米電子器件、電化學(xué)催化劑及載體等被廣泛應(yīng)用。根據(jù)碳納米管層數(shù)的多少可以分為單壁碳納米管（SWCNTs）和多壁碳納米管（MWCNTs）。碳納米管作為催化劑或催化劑載體在眾多催化反應(yīng)中均得到了研究與應(yīng)用。