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、催化性強、易再生、易回收等優(yōu)點，這樣的特性也使得碳基材料既可以直接充當臭氧催化劑，亦可作為負載金屬氧化物的載體而被廣泛應用。碳基材料的表面食能團（酸性和堿性基團）和組織結構（缺陷結構和結構性質(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。

 

       同時反應過程中活性位點會逐漸被氧化從而減少，使催化劑失活。因此，對活性炭的表面進行改性非常關鍵。常用的改性方法有氧化改性、還原改性等。在改性過程中，活性炭表面官能團和孔徑分布發(fā)生了相應的變化，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，其兩者化學成分相似，結構有所不同。納米碳材料具有良好的導電性和儲存/釋放電子的能力，有利于催化反應中的電子轉(zhuǎn)移速率，提高了整體反應速率。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，反應物分子在孔中的擴散速率更快，因此納米碳材料通過反應物分子在中孔中更快地擴散來提高催化性能。

 

       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陣結構的二維碳納米材料，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)境領域的研究已取得了重要進展。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行復合，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，具有特殊腔型結構，因此具有高比表面積、良好的導電性、穩(wěn)定性等，在制備復合材料、儲能材料、納米電子器件、電化學催化劑及載體等被廣泛應用。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中均得到了研究與應用。