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活性炭的物理结构与表面特性
活性炭的物理结构与表面特性
发布时间:2018-5-2 15:51:18      来源:4001百老汇会员登入     

1、性炭的物理结构

    活性炭的制造基本上包括两个过程,首先是脱水和炭化,将原料加热,在170℃和400℃-600℃的温度下先后进行干燥并使原有的有机物80%左右炭化,然后将炭化物活化,这是利用活性剂,如水蒸气等与炭反应来完成的,在吸热反应中产生CO和H2组成的混合气体,经燃烧加热到适当温度(800℃~1000℃)以烧除所有可分解物质,由此产生发达的微孔结构和巨大的比表面积,从而具有极强的吸附能力活性炭的孔隙按孔径的大小可分为三类,大孔半径为1000-100000埃,过渡孔半径为20-1000埃,微孔半径小于20埃,三种孔隙在吸附过程中有着各自不同的职能。大孔主要是提供扩散通道,使吸附质通过大孔扩散到过渡孔和小孔中去。这部分孔隙的表面积很小,只有0.5-2m2/g,占总表面积的比例不足1%,吸附作用甚微过渡孔的表面积占总表面积的5%左右,即使吸附质进入微孔区,也只有一部分被吸附当吸附质的分子直径较大时,小孔无法起到吸附作用,活性炭对吸附质的吸附主要是靠过渡孔来完成的。因此,过渡孔的比例对活性炭的吸附性能起很大的决定作用。微孔可进一步分为一级微孔(半径<0.8nm)和二级微孔(O.8nm~2nm),形状有瓶形、毛细管形、平板形等。微孔容积一般为O.15-0.90mL/g,表面积占总面积的95%以上,活性炭的吸附容量主要受小孔支配。

2、活性炭的表面特性

    活性炭的分子化学结构由基本微晶构成,在二维空间与石墨类似,由呈六角形的碳原子平行层片组成。在高温活化时,由于烧却等原因,形成晶格缺陷,出现晶格歪扭或不完整,边角上的碳原子存在剩余价健或不成对电子,因而伎该点碳原子由于共价键的不饱和而有更大的反应趋势。在碳质物料中,氢氧等杂质原子不可能被周围碳原子的交换作用完全饱和,表现出较强的反应能力,并在炭的表面形成某些官能团,包括:羧基、内酯基、酸酐基、醇基、羟基、羰基、醌基、醚基。这些官能团使活性炭具有一定的化学吸着能力,并使活性炭表面可以进行卤化、氢化、氧化等作用以及在许多反应中起催化作用。活性炭在活化时,由于温度不同,形成的官能团也不同,在400℃左右的温活化时,主要形成羧基、酸酐基、醇基、羟基等酸性官能团,随着活化温度的升高,酸性官能团越来越少,而羰基、醌基、醚基等碱性官能团逐渐增加。

    当活化温度达到850℃时,羧基、羟基这两种酸性官能团完全消失,而羰基等碱性官能团达到最大值。活化温度超过850℃时,碱性官能团略有减少,酸性官能团略有增加。我国活性炭多在900℃左右的温度下活化,所以活性炭表面含氧官能团主要是碱性官能团。这些官能团在水溶液中发生离解,使活性炭表面具有某些阳离子特性,极性增强,与水中酸性物质结合,形成活性炭物理化学吸着的又一特点。

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