热干燥活性炭的吸附机理

恶臭气体对眼睛、鼻子和呼吸道具有强烈刺激性，令人不快，在化粪池、污水系统、畜牧场和废物处理厂等设施中随处可见。这些气体对人体和周围环境产生负面影响，因此已经开发了许多方法来消除它们。典型的除臭方法使用活性炭作为吸附剂。然而，活性炭的可回收性较低，很难去除复杂气味气体的来源进行再利用。

韩国科学技术研究院可持续环境研究中心的Jiwon Lee博士和Youngtak Oh领导的一个研究小组宣布，他们开发了一种活性炭制造技术，可以显著改善空气中四种有代表性的含氮气味化合物（NOCs）的去除：氨、乙胺、二甲胺和三甲胺。研究团队不仅提高了活性炭去除气味物质的吸附效率，还发现了吸附剂与气味气体之间的吸附机理，为开发更广泛的复杂气味物质吸附剂提供了可能。

热干燥活性炭的DFT计算结果

在用硝酸氧化活性炭后，研究团队能够通过热退火工艺精确控制表面氧化程度，以提高NOCs的吸附效率。他们发现，与传统活性炭相比，氧化程度最高的热处理活性炭可以将气味物质的去除效率提高38倍。研究人员首次揭示了氧化活性炭表面的氧原子与含氮气味分子中的胺形成强氢键。这一发现反映了通过增加氧化程度来优化NOCs吸附效果的原理，从而使更多的氢键可以与活性炭表面的胺形成。此外，研究团队还证明，与典型的气体反应不同，吸附剂和气味物质之间的相互作用主要受氢键数量的影响，而不是质子亲和力的影响。

此外，发现热干燥活性炭（TDAC）将三甲胺的选择性提高了13倍以上。这一结果代表了一个实质性的改进，因为三甲胺在传统的NOCs中具有最低的吸附效率。三甲胺是韩国法律规定的指定气味物质，是农业、垃圾填埋场、污水和废水处理厂的典型气味来源。特别是，热干燥的活性炭对三甲胺的平均可回收性为93.8%，与传统活性炭的63%的可回收性相比，显示出更高的经济效益。

研究人员称：“通过确定气味气体的吸附机制，我们可以开发出专门用于去除特定气体的材料，而经过氧化过程的热干燥活性炭生产相对简单，可以重复使用。因此，它可以用作过滤器和口罩等净化设备的材料”。