纳米碳与活性炭臭氧催化剂性能对比

纳米碳与活性炭臭氧催化剂性能对比

       碳基材料作为臭氧氧化催化剂中的重要组成部分，具有比表面积大、耐酸碱、吸附性强、催化性强、易再生、易回收等优点，这样的特性也使得碳基材料既可以直接充当臭氧催化剂，亦可作为负载金属氧化物的载体而被广泛应用。碳基材料的表面食能团（酸性和碱性基团）和组织结构（缺陷结构和结构性质）对碳基材料的催化活性有很大影响，可以加速臭氧转化为羟基自由基。目前，常见的用于催化臭氧氧化的碳基材料是活性炭、纳米碳材料等。活性炭（AC）是一种比表面积大、价格低廉的多孔材料。研究表明，活性炭有利于臭氧和一些中间产物（如H2O2）转化为自由基等活性氧物种。但其活性位点并未充分暴露或不能有效地催化臭氧及中间产物的分解。

 

       同时反应过程中活性位点会逐渐被氧化从而减少，使催化剂失活。因此，对活性炭的表面进行改性非常关键。常用的改性方法有氧化改性、还原改性等。在改性过程中，活性炭表面官能团和孔径分布发生了相应的变化，从而影响了活性炭的吸附容量和罐化活性。

       纳米碳与活性炭相比，其两者化学成分相似，结构有所不同。纳米碳材料具有良好的导电性和储存/释放电子的能力，有利于催化反应中的电子转移速率，提高了整体反应速率。比活性炭更具有优势的是，纳米碳材料具有更高的比表面积和中孔体积，并且比常规材料具有更多的表面活性中心，反应物分子在孔中的扩散速率更快，因此纳米碳材料通过反应物分子在中孔中更快地扩散来提高催化性能。

 

       其中，石墨烯是一种由单层碳原子以sp2杂化方式形成的周期蜂窝状点阵结构的二维碳纳米材料，具有比表面积大、吸附性能好、电子迁移率高等特性，它在环境领域的研究已取得了重要进展。石墨烯作为一种性能优异的碳材料，可以作为助催化剂和其他材料进行复合，可以提高材料的电子传递效率及催化活性。

 

       碳纳米管（CNTs）是一种新型的纳米级碳材料，由多个六边形碳原子组成的，具有特殊腔型结构，因此具有高比表面积、良好的导电性、稳定性等，在制备复合材料、储能材料、纳米电子器件、电化学催化剂及载体等被广泛应用。根据碳纳米管层数的多少可以分为单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）。碳纳米管作为催化剂或催化剂载体在众多催化反应中均得到了研究与应用。