活性炭的特性与吸附质孔径关系

今天重点介绍下活性炭的性质1.吸附性吸附性是活性炭的首要性质。活性炭具有像石墨晶粒却无规则地排列的微晶。在活化过程中微晶间产生了形状不同、大小不一的孔隙，假定活性炭的孔隙是圆筒孔形状，按一定方法计算孔隙的半径大小可分为二类：（1）按IUPAC分微孔<1.0nm中孔(又称过渡孔)1~25nm大孔>25nn(2)按习惯分：微孔<150nm;中孔150~20000nm大孔>20000nm。由于这些孔隙，特别是微孔提供了巨大的表面积。微孔的孔隙容积一般约为0.25~0.9mL/g，孔隙数量约为10的20次方个/g，全部微孔表面积约为500~1500m2/g，通常以BET法测算，也有称高达3500~5000m2/g的。活性炭几乎95%以上的表面积都在微孔中，因此除了有些大分子进不了外，微孔是决定活性炭吸附性能高低的重要因素。中孔的孔隙容积一般约为0.02~1.0mL/g表面积最高达几百平方米，一般只有活性炭总表面积的约5%。其作用能吸附蒸汽并能为吸附物提供进入微孔的通道，又能直接吸附较大的分子。大孔的孔隙容积一般约为0.2~0.5ml/g，表面积只约0.5~2m2/g，其作用一是使吸附质分子快速深入活性炭内部较小的孔隙中去；二是作为催化载体时，催化剂常少量沉淀在微孔内，大都沉淀在大孔和中孔之中。所提的活性炭表面积理应包括内表面积和外表面积，事实上吸附性质主要来自巨大的内表面积，因此不能误认为：把活性炭研碎磨细会明显提高表面积从而提高吸附力。很多吸附是可逆的物理吸附，即被吸附物为液体，在一定温度和压力下被活性炭吸附，在高温低压下被吸附物又解吸出来，活性炭内表面恢复原状。这是广泛应用的物理吸附，学术上又称为范德华吸附。2.化学性活性炭的吸附除了物理吸附，还有化学吸附。活性炭的吸附性既取决于孔隙结构，又取决于化学组成。活性炭不仅含碳，而且含少量的化学结合、功能团形式的氧和氢，例如羰基、羧基、酚类、内酯类、醌类、醚类。这些表面上含有的氧化物或络合物，有些来自原料的衍生物，有些是在活化时、活化后由空气或水蒸气的作用而生成。有时还会生成表面硫化物和氯化物。在活化中原料所含矿物质集中到活性炭里成为灰分，灰分的主要成分是碱金属和碱土金属的盐类，如碳酸盐和磷酸盐等。这些灰分含量可经水洗或酸洗的处理而降低3.催化性活性炭在许多吸附过程中伴有催化作用，表现出催化剂的活性。例如活性炭吸附二氧化硫经催化氧化变成三氧化硫。由于活性炭有特异的表面含氧化合物或络合物的存在，对多种反应具有催化剂的活性，例如使氯气和一氧化碳生成光气。由于活性炭和载持物之间会形成络合物这种络合物催化剂使催化活性大增，例如载持钯盐的活性炭，即使没有铜盐的催化剂存在，烯烃的氧化反应也能催化进行，而且速度快、选择性高。由于活性炭具有发达的细孔结构、巨大的内表面积和很好的耐热性、耐酸性、耐碱性，可作为催化剂的载体。例如，有机化学中加氢脱氢、环化、异构化等的反应中，活性炭是铂、钯催化剂的优良载体。4.机械性下列几个项目表示活性炭的机械性，为活性炭的应用者，尤其为大量的工业应用者所重视。(1)粒度：采用一套标准筛筛分法，求出留在和通每只子的活性炭重量，表示粒度分布。（2）表观密度或堆密度：包含孔隙容积和颗粒间空隙容积的单位体积活性炭的重量。（3）体积密度或颗粒密度：包含孔隙容积而不包含颗粒间空隙容积的单位体积活性炭的重量。(4)强度：即活性炭的耐破碎性。(5)耐磨性：即耐磨损或抗磨擦的性能。这些机械性质直接影响应用，例如：密度影响容器大小；粉炭粗细影响过滤；粒炭粒度分布影响流体阻力和压降；破碎性影响使用寿命和废炭再生。