活性炭吸附用来除湿的效果

　　室内空气湿度是现代社会和提高生产力的重要因素之一。如果想要室内环境舒适，则需要将湿度保持在40%–60%的范围内。活性炭是一种高度多孔的碳基吸附剂，被认为是一种无毒且热稳定的材料。活性炭具有吸附空气和水杂质的能力，例如废气、有毒化合物、重金属、细菌和病毒等。活性炭还具有独特的吸水性能，如在高相对湿度下去除能力强，所以我们这次研究活性炭的去湿效果。

　　吸附剂的除湿计算

　　为了对比活性炭的去湿效果，我们对比了硅胶干燥剂。每种材料的除湿能力使用图1所示的示意图进行理论分析。后面的水吸附研究是使用具有合适孔隙特性的活性炭和硅胶作为参考材料进行的。使用磁悬浮吸附测量装置进行实验，重量测量误差为±0.002%和0.01℃的温度精度。吸附测量在30℃、35℃和40℃下进行。在测量之前，样品在真空条件下在110℃下脱气5小时。使用从0.1到0.9的P/P0范围进行吸附测量。通过控制液体-蒸汽源的温度来提供进入腔室的水蒸汽压力剂量。在测量过程中自动收集每个点的等温线和动力学数据。

　　图1：活性炭除湿示意图。

　　活性炭的表面形态

　　使用扫描电镜在不同放大倍数下观察氧化前(活性炭1)和氧化后(活性炭2)的表面形貌。根据SEM显微照片在图2，两者的活性炭具有不同的形状和孔的尺寸高度异质的表面。

　　图2：除湿活性炭1、2的SEM图像。

　　活性炭的水吸附研究

　　不同碳化温度制备的活性炭1、2具有相似的吸附形状，水的吸附形状、吸收和滞后受表面官能团、孔径、孔体积和孔连通性的强烈影响。为了解释这一点，图3说明了活性炭吸附水的理论机制。并非所有官能团对水分子都具有相同的亲和力。但是羧基可以有很好吸引水分子。这次制造的活性炭具有羧基官能团，然后理论上作为水附着在活性炭表面的初始位点(图3-1)。随着更多的水被吸附，水-水开始通过氢键相互作用，然后形成簇(图3-2)。如果每个官能团之间的距离足够近，在合适的孔径和大量或可接近的活性官能团，每个相邻的水团可以合并并填充微孔(图3-3)。活性炭的这种吸附能力的提高主要是由于在温和条件下经过空气处理后含氧表面官能团的增加和活性炭的孔隙发展引起的。

　　图3：活性炭表面水蒸气吸附机理。

　　活性炭吸附用来除湿的效果，我们研究制备了适合吸附除湿的活性炭的优化方法。将物理性质和除湿能力与硅胶干燥剂进行了比较。结果表明，根据炭化活化氧化制成的活性炭具有很好的吸水性能，并且比表面积和孔体积比原来的增加了60%以上，从而提高了吸水能力。根据水蒸气吸附行为，可以得出结论，活性炭上的水吸附主要是由于与活性层的相互作用，然后在微孔中形成簇。本研究结果表明，活性炭可以作为替代干燥剂材料处理潮湿空气条件，填补热带潮湿地区除湿需求缺口。因此，有必要进一步研究使用制备的材料改善材料性能和系统性能。