细孔构造和细孔分布
活性炭在制造过程中,挥发性有机物去除后,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500~1700㎡/g,这就是活性炭吸附能力强、吸附容量大的主要原因。
表面积相同的活性炭,对同一种物质的吸附容量有时也不同,这与活性炭的细孔结构和细孔分布有关。细孔结构随原料、活化方法、活化条件不同而异,一般可以根据细孔半径的大小分为三种:
大微孔 半径1000~100000A
过渡孔 20~1000A
小微孔 ~20A
(A=10`9㎝)
一般活性炭小微孔容积约为0.15~0.90ml/g,表面积不超过单位重量吸附剂总表面积的5%,用药剂活化法制得的活性炭,孔容积和表面积可以提高。液相吸附时,吸附质(溶质)分子直径较大,如着色成分的分子直径多在30A以上,这时小微孔几乎不起作用。有些吸附质通过过渡孔作为通道扩散到小微孔中去,因此吸附质的扩散速度受过渡孔多少的影响。液相吸附时,过渡孔的数量有一定的要求是重要的。
大微孔容积为0.2~0.5ml/g,表面积只有0.5~2㎡/g。对液相物理吸附,大微孔的作用不大,但作为触媒载体时,大孔的作用甚为显著。
表面化学性质
活性炭的吸附特性,不仅受细孔结构而且受活性炭表面化学性质的影响。
1.活性炭的元素组成 在组成活性炭的元素中,炭占70~95%,因此还含有两种混合物,一是原料中本来就存在炭化过程中不完全炭化而残留在活性炭结构中,或在炭化时以化学键结合的氧和氢。另一种是灰分,构成活性炭的无机部分。灰分的含量及组成随活性炭的种类而异,椰壳活性炭的灰分在3%左右,煤质活性炭的灰分高达20~30%。活性炭的灰分对活性炭吸附水溶液中有些电解质和非电解质有催化作用。活性炭含硫较低,活化质量好的炭不应检出硫化物,氮的含量极微。
2.表面氧化物 活性炭中氢和氧的存在对活性炭的吸附及其他特性有很大的影响。在炭化及活化过程中,由于氢和氧与碳以化学键结合,时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,这些氧化物时活性炭与吸附质分子发生化学作用,显示出活性炭的选择吸附性。
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