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活性炭理化特性

根據活性炭的外形,通常分為粉狀和粒狀兩大類(lèi)。粒狀活性炭又有圓柱形、球形、空心圓柱形和空心球形以及不規則形狀的破碎炭等。隨著(zhù)現代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,出現了許多活性炭新品種,如炭分子篩、微球炭、活性炭納米管、活性炭纖維等。 孔隙結構 活性炭是由石墨微晶、單一平面網(wǎng)狀碳和無(wú)定形碳三部分組成,其中石墨微晶是構成活性炭的主體部分?;钚蕴康奈⒕ЫY構不同于石墨的微晶結構,其微晶結構的層間距在0.34~0.35nm之間,間隙大。即使溫度高達2000 ℃以上也難以轉化為石墨,這種微晶結構稱(chēng)為非石墨微晶,絕大部分活性炭屬于非石墨結構。石墨型結構的微晶排列較有規則,可經(jīng)處理后轉化為石墨。非石墨狀微晶結構使活性炭具有發(fā)達的孔隙結構,其孔隙結構可由孔徑分布表征?;钚蕴康目讖椒植挤秶軐?,從小于1nm到數千nm。有學(xué)者提出將活性炭的孔徑分為三類(lèi):孔徑小于2nm為微孔,孔徑在2~50nm為中孔,孔徑大于50nm為大孔。 活性炭中的微孔比表面積占活性炭比表面積的95%以上,在很大程度上決定了活性炭的吸附容量。中孔比表面積占活性炭比表面積的5%左右,是不能進(jìn)入微孔的較大分子的吸附位,在較高的相對壓力下產(chǎn)生毛細管凝聚。大孔比表面積一般不超過(guò)0.5m2/g,僅僅是吸附質(zhì)分子到達微孔和中孔的通道,對吸附過(guò)程影響不大。 表面化學(xué)性質(zhì) 活性炭?jì)炔烤哂芯w結構和孔隙結構,活性炭表面也有一定的化學(xué)結構?;钚蕴课叫阅懿粌H取決于活性炭的物理(孔隙)結構,而且還取決于活性炭表面的化學(xué)結構。在活性炭制備過(guò)程中,炭化階段形成的芳香片的邊緣化學(xué)鍵斷裂形成具有未成對電子的邊緣碳原子。這些邊緣碳原子具有未飽和的化學(xué)鍵,能與諸如氧、氫、氮和硫等雜環(huán)原子反應形成不同的表面基團,這些表面基團的存在毫無(wú)疑問(wèn)地影響到活性炭的吸附性能。X 射線(xiàn)研究表明,這些雜環(huán)原子與碳原子結合在芳香片的邊緣,產(chǎn)生含氧、含氫和含氮表面化合物。當這些邊緣成為主要的吸附表面時(shí),這些表面化合物就改變了活性炭的表面特征和表面性質(zhì)?;钚蕴勘砻婊鶊F分為酸性、堿性和中性 3 種。酸性表面官能團有羰基、羧基、內酯基、羥基、醚、苯酚等,可促進(jìn)活性炭對堿性物質(zhì)的吸附;堿性表面官能團主要有吡喃酮(環(huán)酮)及其衍生物,可促進(jìn)活性炭對酸性物質(zhì)的吸附。 [5] 磷酸等酸性活化劑制備的活性炭表面以酸性基團為主 ,對堿性物質(zhì)吸附較好;KOH、K2CO3等堿性活化劑制備的活性炭表面以堿性基團為主,適合于吸附酸性物質(zhì);而采用CO2、H2O等物理活化方法制備的活性炭表面官能團總體呈中性。 [5] 吸附機理 活性炭吸附是指利用活性炭的固體表面對水中的一種或多種物質(zhì)的吸附作用,以達到凈化水質(zhì)的目的?;钚蕴康奈侥芰εc活性炭的孔隙大小和結構有關(guān)。一般來(lái)說(shuō),顆粒越小,孔隙擴散速度越快,活性炭的吸附能力就越強。 吸附能力和吸附速度是衡量吸附過(guò)程的主要指標。吸附能力的大小是用吸附量來(lái)衡量的,吸附速度是指單位時(shí)間內單位重量的吸附劑所吸附的量。在水處理中,吸附速度決定了吸附劑與污水的接觸時(shí)間。
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2022-03

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發(fā)布時(shí)間: : 2022-03--17
根據活性炭的外形,通常分為粉狀和粒狀兩大類(lèi)。粒狀活性炭又有圓柱形、球形、空心圓柱形和空心球形以及不規則形狀的破碎炭等。隨著(zhù)現代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,出現了許多活性炭新品種,如炭分子篩、微球炭、活性炭納米管、活性炭纖維等。 孔隙結構 活性炭是由石墨微晶、單一平面網(wǎng)狀碳和無(wú)定形碳三部分組成,其中石墨微晶是構成活性炭的主體部分?;钚蕴康奈⒕ЫY構不同于石墨的微晶結構,其微晶結構的層間距在0.34~0.35nm之間,間隙大。即使溫度高達2000 ℃以上也難以轉化為石墨,這種微晶結構稱(chēng)為非石墨微晶,絕大部分活性炭屬于非石墨結構。石墨型結構的微晶排列較有規則,可經(jīng)處理后轉化為石墨。非石墨狀微晶結構使活性炭具有發(fā)達的孔隙結構,其孔隙結構可由孔徑分布表征?;钚蕴康目讖椒植挤秶軐?,從小于1nm到數千nm。有學(xué)者提出將活性炭的孔徑分為三類(lèi):孔徑小于2nm為微孔,孔徑在2~50nm為中孔,孔徑大于50nm為大孔。 活性炭中的微孔比表面積占活性炭比表面積的95%以上,在很大程度上決定了活性炭的吸附容量。中孔比表面積占活性炭比表面積的5%左右,是不能進(jìn)入微孔的較大分子的吸附位,在較高的相對壓力下產(chǎn)生毛細管凝聚。大孔比表面積一般不超過(guò)0.5m2/g,僅僅是吸附質(zhì)分子到達微孔和中孔的通道,對吸附過(guò)程影響不大。 表面化學(xué)性質(zhì) 活性炭?jì)炔烤哂芯w結構和孔隙結構,活性炭表面也有一定的化學(xué)結構?;钚蕴课叫阅懿粌H取決于活性炭的物理(孔隙)結構,而且還取決于活性炭表面的化學(xué)結構。在活性炭制備過(guò)程中,炭化階段形成的芳香片的邊緣化學(xué)鍵斷裂形成具有未成對電子的邊緣碳原子。這些邊緣碳原子具有未飽和的化學(xué)鍵,能與諸如氧、氫、氮和硫等雜環(huán)原子反應形成不同的表面基團,這些表面基團的存在毫無(wú)疑問(wèn)地影響到活性炭的吸附性能。X 射線(xiàn)研究表明,這些雜環(huán)原子與碳原子結合在芳香片的邊緣,產(chǎn)生含氧、含氫和含氮表面化合物。當這些邊緣成為主要的吸附表面時(shí),這些表面化合物就改變了活性炭的表面特征和表面性質(zhì)?;钚蕴勘砻婊鶊F分為酸性、堿性和中性 3 種。酸性表面官能團有羰基、羧基、內酯基、羥基、醚、苯酚等,可促進(jìn)活性炭對堿性物質(zhì)的吸附;堿性表面官能團主要有吡喃酮(環(huán)酮)及其衍生物,可促進(jìn)活性炭對酸性物質(zhì)的吸附。 [5] 磷酸等酸性活化劑制備的活性炭表面以酸性基團為主 ,對堿性物質(zhì)吸附較好;KOH、K2CO3等堿性活化劑制備的活性炭表面以堿性基團為主,適合于吸附酸性物質(zhì);而采用CO2、H2O等物理活化方法制備的活性炭表面官能團總體呈中性。 [5] 吸附機理 活性炭吸附是指利用活性炭的固體表面對水中的一種或多種物質(zhì)的吸附作用,以達到凈化水質(zhì)的目的?;钚蕴康奈侥芰εc活性炭的孔隙大小和結構有關(guān)。一般來(lái)說(shuō),顆粒越小,孔隙擴散速度越快,活性炭的吸附能力就越強。 吸附能力和吸附速度是衡量吸附過(guò)程的主要指標。吸附能力的大小是用吸附量來(lái)衡量的,吸附速度是指單位時(shí)間內單位重量的吸附劑所吸附的量。在水處理中,吸附速度決定了吸附劑與污水的接觸時(shí)間。
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