活性炭用高温空气氧化活化改变结构
有许多能制造活性炭的前体材料，作为吸附剂材料表现出显著电位用于从废水脱色处理。但是对于化学活化，原料或预碳化碳材料要用大量活化剂处理。该处理之后是通过高温碳化以产生孔结构和除去化学试剂。制备过程需要大量的腐蚀性化学品，并产生有毒有害的废水，导致各种环境问题。本次的研究是使用由软木材质用简单的方法结合空气活化制造活性炭，不用任何化学试剂。通过各种表征技术评估空气活化对活性炭的织构和其他表面特征的影响。
空气活化炭的制备：采用简便的水热碳化方法结合空气活化，以软木为原料，制备功能性多孔富氧活性炭，不使用任何化学试剂。首先将软木材料用水进行水热处理，以生产水凝胶。随后，在氮气下在高温中进行后碳化，以提高石墨化程度和多孔结构。通过元素分析测定，获得的木质活性炭由89.8wt%的碳和6.1wt%的氧组成。为了产生增加的孔隙率并增加活性炭上的含氧官能团，所制备的碳在静态空气中在350℃至450℃的温度下进一步热氧化。在空气活化过程中，相对挥发性的碳部分分解，在氧气存在下形成气态物质如CO，CO 2和碳氢化合物，用作膨胀介质，通过碳与氧反应产生气孔。此外，还可以通过除去碳来形成许多孔。因此，使用无化学热氧化同时形成功能性含氧物质。元素分析结果证实，活性炭显示氧含量增加，功能氧基团随着活化温度的升高而增加。
活性炭活化后的表面形态：
在800℃碳化后，软木材料呈蜂窝状结构并具有明显的褶皱。保留结构并且包含该结构的部分彼此紧密结合，看起来光滑。在350℃-450℃下空气活化后，结构单元被分离形成薄片，这可归因于细胞之间木质素的降解。活性炭呈现出层状空气氧化后的结构的。350℃和400℃活化的活性炭样品表面相对光滑，在0.5-1μm的分辨率下未观察到明显的孔结构。当氧化温度升至450℃时，活性炭的表面显着变化并观察到大量的孔。450℃活化样品显示出具有裂缝和空隙的粗糙表面。
活性炭在活化前后对染料的吸附容量比较：
我们提出的这种活化方法，通过使用软木材料作为炭前体而无需任何化学活化方法就能制造具有大表面积和大量含氧基团的活性炭。在450℃的空气氧化可以产生较大的表面积。空气活化可以改善活性炭的表面性质，并且随着活化温度的升高，含氧官能团的含量增加。在空气活化后，活性炭对染料的吸附增加。优异的吸附可归因于增强的孔结构和表面性质。表面积在提高空气活化后碳材料的吸附能力方面起着次要作用，而表面性质的变化主要影响空气活化后碳材料的吸附性能。这种适度的技术通过使用其他类型的原始生物质，例如竹子和硬木制成的活性炭具有分层孔隙和优异的表面特性，可适用于吸附，储能和转化以及催化。
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