活性炭吸附原理及结构

活性炭吸附原理及结构-

A、表面氧化物         

用通常的化学分析检查出上表相当数量的杂质原子，这些杂质原子或者结合在在微晶的端部形成表面氧化物或者进入碳原子的层内形成杂环化合物。活性炭中氢和氧的存在对活性炭的吸附与其他特性有很大的影响。在炭化及活化的工程中，由于氢和氧与碳以化学键结合，是活性炭的表面上有各种有机官能团型式的氧化物及碳氢化物，这些氧化物使活性炭与吸附分子发生化学作用， 显示出活性炭的选择吸附性。其表面从含氧官能团的形式分别存在着酸性、中性、碱性官能团，酸性有羧基、酚羟基，中性有醌基、羰基、碱性官能团的结构至今未详细了解。关于活性炭的表面化学结构目前是*不明确的一个领域，有待于研究。

B、活性炭的细孔

活性炭在制造过程中，发挥性的有机物去除后，晶格间生成的空隙形成许多形状和大小不同的细孔，这些细孔壁的总表面积（即比表面积）一般高达500-1700m2/g, 这就是活性炭吸附能力强，吸附容量大的主要原因。

表面积相等的炭， 对同一种物质的吸附容量有时也不同，这与活性炭的细孔分布和细孔结构有关。 细孔的构造及分布随原料、活化方法、活化条件不同而异，实际上不论细孔大小还是形状都是各种各样的， 特别是细孔大小的范围非常广，所以根据细孔大小分三类，通常以半径100A（有时用200—1000A）为界限，半径小于它的细孔称为微孔，大于它的成为大孔，杜比宁（Dubinin）把在微孔和大孔之间半径20-1000A 的细孔称为过渡孔。

三类孔的半径如下：

大孔                1000-10000A

过渡孔              20-1000A

小微孔              20A

一般活性炭的微孔容积约为0.15-0.9ml/g，表面积占活性炭表面积的95%以上，因此活性炭与其他吸附剂相比，具有微孔特别发达的特征，过度孔的容积为0.02-0.10ml/g，表面积不超过总表面积的5%。大孔容积0.2-0.5ml/g，表面积只有0.5-2㎡/g。吸附时，大孔可以应用多层吸附理论，过渡孔可以应用毛细管凝结理论，微孔可以应用容积填充理论。细孔中大概有一端闭塞的，也有两头都开口的，还有孔与孔交错在一起的，具体情况还不太清楚。从常识上可以想象，活性炭具有少数大孔上分枝形成许多过渡孔，再进一步从过渡孔上分枝形成无数的微孔的树枝状结构。这种结构也并非适用于所有场合。因为上述细孔分布特征仅为一般情况，活性炭的性质受多种因素的影响，不同的原料、不同的活化方法及条件，制得的活性炭的细孔半径也不同，表面积所占比例也不同。

C、吸附机理

大孔内表面积发生多层吸附，在活性炭中它的比例很少，大部分只能起着作为被吸附分子进入吸附部分的通路作用，但它作为支配吸附速度因素，在实用中很重要。过渡孔的作用不是单纯的，在许多情况下与大孔相同，作为被吸附质的通路而支配着吸附速度，但在某种程度相对应下发生毛细管凝结，并对不能进入微孔的那样的大分子也起着吸附部位作用。活性炭的吸附作用大部分由微孔进行，吸附量受微孔支配。在活性炭中微孔肯定发达，但他的发达程度以及过度孔和大孔的多少随制备方法及原料的不同有很大的差别，所以相应活性炭的吸附能力是多种多样的，因为吸附是在固体表面上发生的现象，故可以认为比表面积是表示吸附能力的重要因素。