活性炭的主要成分

1、碳（C）

主要成分：活性炭中碳的含量通常在80%到95%之間，具體比例取決于原料和制備工藝。

結(jié)構(gòu)：活性炭具有高度發(fā)達的微孔、中孔和大孔結(jié)構(gòu)，這些孔隙提供了巨大的比表面積，使其成為高效的吸附劑。

2、灰分

定義：灰分是指活性炭中除碳以外的無機物質(zhì)，主要包括金屬氧化物和其他礦物質(zhì)。

來源：灰分來源于原料中的無機雜質(zhì)以及制備過程中引入的無機物質(zhì)。

常見元素：常見的灰分元素包括鈣（Ca）、鎂（Mg）、鐵（Fe）、鉀（K）、鈉（Na）、硅（Si）、鋁（Al）等。

影響：灰分含量對活性炭的性能有一定影響。高灰分含量可能降低活性炭的吸附能力和機械強度。

3、揮發(fā)分

定義：揮發(fā)分是指在高溫下可以揮發(fā)出來的有機物質(zhì)。

來源：揮發(fā)分主要來源于原料中的有機化合物，在炭化過程中未完全分解。

影響：揮發(fā)分的存在可能會影響活性炭的熱穩(wěn)定性和吸附性能。

4、水分

定義：水分是指活性炭中含有的自由水和結(jié)合水。

來源：水分可以來自原料本身或制備過程中的殘留水分。

影響：水分的存在會占據(jù)活性炭的部分孔隙，降低其有效比表面積和吸附能力。因此，在使用前通常需要進行干燥處理。

5、表面官能團

定義：表面官能團是指活性炭表面存在的各種化學(xué)基團，如羧基（-COOH）、羥基（-OH）、羰基（>C=O）等。

來源：表面官能團可以通過原料本身的化學(xué)性質(zhì)或在活化過程中通過化學(xué)反應(yīng)形成。

影響：表面官能團對活性炭的吸附性能有重要影響。例如，某些官能團可以增強對特定物質(zhì)的吸附能力，而其他官能團可能減弱吸附效果。

活性炭的吸附原理

1、物理吸附（范德華力）

定義：物理吸附是通過范德華力（分子間吸引力）實現(xiàn)的，這是一種較弱的非共價相互作用。

過程：當(dāng)氣體或液體中的分子接觸到活性炭表面時，由于范德華力的作用，這些分子會被吸附在活性炭的孔隙中。

特點：吸附過程通常是可逆的，即被吸附的物質(zhì)可以通過改變條件（如溫度、壓力）而重新釋放。物理吸附不涉及化學(xué)反應(yīng)，因此不會改變被吸附物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。適用于吸附小分子物質(zhì)，如有機溶劑、異味分子等。

2、化學(xué)吸附

定義：化學(xué)吸附是通過形成化學(xué)鍵實現(xiàn)的，這種吸附通常比物理吸附更強。

過程：某些活性炭經(jīng)過特定處理（如氧化、還原等），表面會形成活性位點，這些位點可以與特定的分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵。

特點：化學(xué)吸附通常是不可逆的，因為形成了新的化學(xué)鍵。適用于吸附特定的化學(xué)物質(zhì)，如重金屬離子、某些有機污染物等。可以通過表面改性來增強對特定物質(zhì)的吸附能力。

3、孔隙結(jié)構(gòu)

微孔：直徑小于2納米，提供巨大的比表面積，主要負責(zé)物理吸附。

中孔：直徑在2到50納米之間，有助于擴散和傳輸大分子。

大孔：直徑大于50納米，作為通道，幫助液體或氣體進入內(nèi)部的微孔和中孔。

活性炭有什么結(jié)構(gòu)

1、基本構(gòu)成

活性炭是由已石墨化的活性炭微晶和活性炭原料中未石墨化的非晶炭質(zhì)構(gòu)成活性炭的基本炭質(zhì)，并由這些炭質(zhì)與炭微晶相互連接構(gòu)筑成活性炭的塊體和空隙結(jié)構(gòu)。活性炭通常被認為是無定形炭，又被認為是屬于微晶類的炭系。

2、孔隙結(jié)構(gòu)

活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)是其吸附性能的關(guān)鍵所在。活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達，包括微孔、中孔和大孔三類：

微孔：直徑小于2nm，是活性炭中數(shù)量最多、分布最廣的孔隙。微孔的比表面積占活性炭總比表面積的95%以上，對活性炭的吸附容量起著決定性的作用。微孔主要吸附小分子氣態(tài)物質(zhì)，如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、己醛、醋酸丁酯等。

中孔：直徑在2~50nm之間，中孔比表面積占活性炭總比表面積的5%左右。中孔是較大分子的吸附位，可以吸附大分子物質(zhì)，如多環(huán)芳烴、染料等，同時中孔還可以負載催化劑、凈化工業(yè)廢水等。

大孔：直徑大于50nm，大孔的比表面積一般不超過0.5m2/g，僅僅是吸附質(zhì)分子到達微孔和中孔的通道，對吸附過程影響不大。

3、石墨微晶結(jié)構(gòu)

X射線衍射分析表明，活性炭的結(jié)構(gòu)中包含有石墨微晶，這些微粒是尺寸為13nm的結(jié)晶。活性炭與石墨的基本結(jié)構(gòu)類似，但在層片大小、層面內(nèi)碳原子的六角形排列的完善度、平面化程度以及層間距等方面與石墨比較存在著不同程度的差異。活性炭的微晶結(jié)構(gòu)不同于石墨的微晶結(jié)構(gòu)，其微晶結(jié)構(gòu)的層間距在0.340.35nm之間，間隙大，即使溫度高達2000℃以上也難以轉(zhuǎn)化為石墨，這種微晶結(jié)構(gòu)稱為非石墨微晶，絕大部分活性炭屬于非石墨結(jié)構(gòu)。

4、表面化學(xué)性質(zhì)

活性炭表面也有一定的化學(xué)結(jié)構(gòu)，其吸附性能不僅取決于活性炭的物理（孔隙）結(jié)構(gòu)，而且還取決于活性炭表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)。在活性炭制備過程中，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(yīng)形成不同的表面基團，這些表面基團的存在會影響到活性炭的吸附性能。活性炭表面基團分為酸性、堿性和中性3種，這些表面基團的存在影響了活性炭的吸附選擇性。