活性炭物理特征

活性炭物理特征

一、

一般性质活性炭外观为暗黑色，只有良好的吸附性能，化学稳定性好，可耐强酸及强碱，能经受水浸，高温。比重比水轻，是多孔性的疏水性吸附剂。

二、细孔结构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（比表面积）一般高达500~1700m2/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。细孔构造随原料，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=10-9cm）

一般活性炭小微孔容积约为0.15~0.90ml/g，表面积占活性炭总表面积的95%以上，因此活性炭与其他吸附剂相比，具有小微孔特别发达的特征。过渡孔的容积为0.02~0.10ml/g，表面积不超过单位重量吸附剂总面积的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，如着色成份的分子直径多在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0.5~2m2/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。活性炭的细孔分布及作用模式见图3：

上述细孔分布特征仅为一般情况，因活性炭的性质受多种因素的影响，不同的原料、不同的活化方法及条件，制得的活性炭的细孔半径也不同，表面积多占比例也不同。我国生产的炭1与日本的炭2细孔结构的比较如下：

12总孔容积（ml/g）0.750.94微孔容积（ml/g）0.350.46中孔容积（ml/g）0.100.13大孔容积（ml/g）0.300.35

三、

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%，此外还含有两种混合物，一是由于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，或在活化时以化学键结合的氧和氢。活性炭网：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，椰壳炭的灰分在3%左右，煤质炭的灰分高达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。表2中举出几种日本椰壳活性炭的元素组成。

CHSO灰分水蒸气活化炭B93.310.930.003.252.51水蒸气活化炭D91.120.680.024.483.70ZnCl2活化炭E90.881.550.006.271.30ZnCl2活化炭F93.881.710.004.370.05ZnCl2活化炭G92.201.661.215.610.04

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。在炭化及活化的过程中，由于氢和氧与碳以化学键结合，使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，这些氧化物是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，这些有机官能团有羧基、酚性氢基、醌型羰基、醚、酯、萤光黄型的内酯、碳酸无水物、环状过氧化物等。活性炭在活化和后处理（酸洗或碱洗）得过程中，是活性炭表面带有在水溶液中呈酸性的pH值。活性炭在后处理时对酸、碱的吸附量，与活化温度有密切的关系。水处理活性炭的特性：用于水处理的活性炭最初多采用粒状炭，但由于粒状炭的应用具有工艺简单、操作方便、所以其使用范围逐渐扩大。国外用水处理的粒状炭多为无定型炭，煤质或果壳炭。我国水处理炭多为煤质柱状炭。