一項(xiàng)Zui新研究表明，采用氫氧化鉀（KOH）對(duì)商業(yè)微孔活性炭進(jìn)行堿性處理，可使其氣態(tài)甲醛吸附容量達(dá)到25.52毫克/克，較未處理原炭的7.71毫克/克提升約3.3倍。該改性材料在動(dòng)態(tài)氣流條件下表現(xiàn)出Zui高的分配系數(shù)（0.085摩爾/千克/帕），且重復(fù)實(shí)驗(yàn)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差低于5%。研究證實(shí)，吸附性能的顯著提升幾乎完全來源于表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變，而非多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的擴(kuò)張。

研究團(tuán)隊(duì)在嚴(yán)格控制條件下，將粒徑為212至260微米的商用微孔活性炭分別在氨水、氫氧化鈉、碳酸鉀和氫氧化鉀水溶液中于80攝氏度攪拌處理5小時(shí)。測(cè)試表明，3摩爾濃度氫氧化鉀處理樣品（AK-3）性能Zui優(yōu)，其甲醛吸附容量顯著高于氫氧化鈉處理組（17.93毫克/克）、氨水處理組（14.86毫克/克）及碳酸鉀處理組（11.92毫克/克）。

氮吸附分析顯示，AK-3的微孔比表面積僅為1021平方米/克，與原炭的1019平方米/克相比僅增加0.2%，兩者相關(guān)性極弱（相關(guān)系數(shù)低于0.3）。相反，吸附容量與能量色散X射線分析測(cè)得的表面氧含量高度匹配，AK-3表面氧含量達(dá)6.65重量%。這表明堿性處理引入的含氧官能團(tuán)是提升吸附容量的主導(dǎo)因素，0.2%的孔隙率變化無法解釋3.3倍的容量增益。

多種光譜技術(shù)進(jìn)一步驗(yàn)證了表面化學(xué)變化。紅外光譜顯示處理后表面羥基、羰基及碳氧伸縮振動(dòng)譜帶增強(qiáng)；X射線光電子能譜鑒定出酚類、醚類、羰基和羥基物種；Zeta電位測(cè)量表明表面電荷由原炭的約-27毫伏降至-35.4毫伏，符合去質(zhì)子化羥基和羧酸根基團(tuán)密度增加的推斷。X射線衍射確認(rèn)無定形碳骨架未受破壞，長(zhǎng)程結(jié)晶度無顯著變化。

作者指出氫氧化鉀優(yōu)于其他堿劑的原因有三：鉀離子水合半徑較小且遷移率較高，利于滲透至微孔網(wǎng)絡(luò)深處；作為更強(qiáng)堿劑，其在80攝氏度下與表面碳反應(yīng)可通過可控氧化和刻蝕邊緣位點(diǎn)生成更多含氧官能團(tuán)，且不引起高溫活化般的嚴(yán)重結(jié)構(gòu)損傷；此外，鉀離子可嵌入石墨層間，暴露更多可供功能化的邊緣位點(diǎn)。相比之下，氫氧化鈉微孔滲透性較差，氨水干燥時(shí)會(huì)分解，碳酸鉀堿性過弱難以生成足量活性物種。

原位漫反射紅外傅里葉變換光譜（DRIFTS）提供了直接機(jī)理證據(jù)：在原炭上甲醛僅表現(xiàn)為弱的范德華力物理吸附，而在AK-3上隨時(shí)間推移出現(xiàn)明確的二氧亞甲基中間體及表面甲酸根離子特征峰，表明甲醛被轉(zhuǎn)化為中間體并進(jìn)一步氧化。等溫線擬合顯示Freundlich模型（相關(guān)系數(shù)0.999，指數(shù)1.43），Dubinin-Radushkevich模型計(jì)算的平均吸附能僅為0.225千焦/摩爾，遠(yuǎn)低于典型化學(xué)吸附范圍（8至40千焦/摩爾）。動(dòng)力學(xué)分析同樣表明擬一級(jí)模型更貼合實(shí)測(cè)值，說明物理微孔填充提供主體存儲(chǔ)容量，而局部化學(xué)吸附與堿性位點(diǎn)氧化主導(dǎo)保留親和力。

實(shí)際運(yùn)行條件對(duì)性能影響顯著。入口甲醛分壓從5帕升至20帕?xí)r，總?cè)萘吭鲋?0.11毫克/克，但早期穿透加速，10%穿透體積從74.8升/克降至29.8升/克。高濕度（80%相對(duì)濕度）強(qiáng)烈抑制初始捕獲，10%穿透體積降至33.3升/克，但因微孔填充仍部分可用，總?cè)萘績(jī)H溫和下降至22.66毫克/克。較高氣流速率縮短接觸時(shí)間并降低容量利用率，連續(xù)三次吸附循環(huán)后容量從25.52毫克/克衰減至16.63毫克/克，指向再生不完全及部分活性位點(diǎn)的不可逆占據(jù)。

與已報(bào)道的硫脲改性、磷酸活化、氨基硅烷化及硝酸氧化椰殼炭等材料相比，KOH改性炭在同等測(cè)試條件下表現(xiàn)突出。研究認(rèn)為，定向表面化學(xué)工程可超越以孔隙為中心的策略，為下一代甲醛吸附劑設(shè)計(jì)提供原則。由于氫氧化鉀為常見工業(yè)試劑，且改性僅需80攝氏度水溶液攪拌后干燥，該工藝與現(xiàn)有制造流程兼容。目前循環(huán)容量衰減與濕度敏感性仍是待解難題，結(jié)論基于單一商用炭的實(shí)驗(yàn)室固定床實(shí)驗(yàn)得出，但核心結(jié)果明確：在微孔活性炭上，堿誘導(dǎo)生成的含氧官能團(tuán)而非孔隙開發(fā)，是將被動(dòng)物理吸附劑轉(zhuǎn)化為氣體甲醛化學(xué)陷阱的關(guān)鍵。

資料來源：bioengineer.org；原文發(fā)布日期：2026-10-24。本文為資料編譯。