A,表面氧化物
通过通常的化学分析,在微晶末端形成表面氧化物或进入碳原子层或进入碳原子层。活性炭中氢和氧的存在对活性炭的吸附和其他特性有很大的影响。在碳化和活化工程中,由于氢和氧与碳的化学键的结合,活性炭表面有各种有机官能团氧化物和碳氢化物,使活性炭和吸附分子产生化学作用,显示活性炭的选择性吸附。其表面为酸性、中性、碱性官能团、酸羧基、酚羟基、苯二酚和碱性官能团。活性炭的表面化学结构是需要研究的最不清楚的领域。
B,活性炭的细孔
在生产过程中,活性炭去除发挥性有机化合物后,晶格之间的间隙形成许多不同形状和尺寸的孔。这些孔壁的总表面积(即比表面积)一般高达500-1700m2/g,这是活性炭吸附能力强、吸附能力大的主要原因。
相同表面积的碳有时对相同的物质有不同的吸附能力,这与活性炭的细孔分布和细孔结构有关。细孔的结构和分布因原材料、活化方法和活化条件而异。事实上,细孔的尺寸和形状不同,特别是细孔的尺寸范围非常广,因此根据细孔的尺寸分为三类,通常半径为100A(有时用200—1000A)半径小于其的细孔称为微孔,大于其大孔,杜比宁(Dubinin)微孔与大孔之间的半径为20-1000A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,与其他吸附剂相比,活性炭具有微孔特别发达的特点,过孔体积为0.02-0.10ml/g,表面积不得超过总表面积的5%。大孔容积0.2-0.5ml/g,表面积只有0.5-2㎡/g。多层吸附理论可用于大孔吸附,毛细管冷凝理论可用于过渡孔,体积填充理论可用于微孔。细孔的一端可能被堵塞,两端可能被打开,孔和孔交错,具体情况尚不清楚。从常识上可以想象,活性炭有几个大孔分支形成许多过渡孔,然后从过渡孔分支形成无数的微孔分支结构。这种结构并不适用于所有场合。由于上述孔的分布特性仅为一般情况,活性炭的性质受各种因素、不同的原材料、不同的激活方法和条件活性炭的孔半径不同,表面积的比例也不同。
C,吸附机理
多层吸附发生在大孔的内表面积,在活性炭中的比例很小,其中大部分只能作为吸附分子进入吸附部分,但作为控制吸附速度的因素,在实践中非常重要。过渡孔的作用并不简单。在许多情况下,它与大孔相同,作为吸附质的通道来控制吸附速度,但在一定程度上,毛细管凝结也吸附了不能进入微孔的大分子。活性炭的吸附作用主要由微孔进行,吸附量由微孔控制。在活性炭中,微孔必须发达,但其发育程度、过孔和大孔的数量与制备方法和原材料非常不同,因此相应的活性炭吸附能力多样化,因为吸附是固体表面的现象,因此可以认为比表面积是吸附能力的重要因素。