活性炭的孔隙结构

活性炭的孔隙结构：

①孔隙结构的形态。活性炭的孔隙是在活化过程中，基本微晶之间清除了各种含碳化合物和无序碳(有时也从基本微晶的石墨层中除去部分碳)之后产生的孔隙，孔隙的大小、形状和分布等因制备活性炭的原料、碳化及活化的过程和方法等不同而有所差异，不同的孔隙结构能够发挥出相应的功能。1960年杜比宁把活性炭的孔分为大孔(孔径大于50nm)、中孔(或称过渡孔，孔径2~50nm)和微孔(孔径小于2nm)三类，这个方案已被国际纯粹与应用化学联合会(International Union of Pure and Applied中孔Chemistry，IUPAC)所接受。

在活性炭中这三类大小不同的孔隙是互通的，呈树 大孔 状结构，如图1-3所示。 图1-3活性炭的孔道结构 通过高分辨透射电子显微镜研究表明，活性炭中的微孔是活性炭微晶结构中弯曲和变形的芳环层或带之间的具有分子尺寸大小的间隙。孔隙的形状是形态各异的，使用不同的研究方法发现:有些是一端封闭的毛细管孔或两端敞开的毛细管孔，有些孔隙具有缩小的入口(瓶状孔)，还有一些是两平面之间或多或少比较规则的狭缝状孔、V形孔等。杜比宁分类中大孔的内表面能发生多层吸附，但在活性炭中，由于它的比例很小，所以大部分作为通路供吸附质分子进入吸附部位，但它可以决定吸附速率，因此在实际应用中也是很重要的。过渡孔在很多情况下和大孔相同，也是作为吸附质的通路从而支配吸附速率，但是过渡孔的作用却不是单纯的，它还可以作为不能进入微孔的大分子的吸附部位。

活性炭的吸附作用大部分是通过微孔进行，因此微孔也决定着活性炭的吸附量。微孔的生成，对应于微量的形状质量损失就能形成非常大的比表面积。

孔容积计算。在活性炭中，活化过程可以增加它的孔容。可以认为，粉末状活性炭细孔的发达决定了细孔容积的增加。如果细孔的形状是由平行平面组成的裂缝颗粒状活性炭状，细孔半径就相当于平面间隔，如果确定了比表面积(S)和细孔容积(V).破碎状炭并假设细孔形状为圆筒形，可用下式计算细孔半径(r):(1-1) 球状炭 若假定细孔为独立的球状，则上式为: 中空微球状 3V (1-2) 纤维状活馆

活性炭孔径分布的确定。若要具体地掌握细孔结构，孔径分布是好的手段。 蜂巢状活 活性炭性能的一半，能够用孔径分布来表示。通常，测定孔径分布的方法有压 活性炭成 永法、电子显微镜法、毛细管凝结法、分子筛法、X射线小角散射法等。压汞 根据 法是较常用的方法，其原理是利用汞不润湿活性炭细孔壁，所以据此可以把它压入细孔中，则下式成立:rp=-2ycos0 (1-3) 木质 式中，r为圆简形细孔半径;p为加在汞上的压力;0为汞的接触角;r 果 为汞的表面张力。 煤 在压力p下，汞应该进入半径在r以上的所有细孔中，所以可以测定 石 由于压力的增加而进入的汞量，由此测定各个孔径大小，进而确定孔径分布。

活性炭比表面积 吸附现象发生在固体的表面，物体吸附能力的强弱很大程度上取决于比表面积的大小。有很多分析方法可以用来测定比表面积，其中常用的是BET法，此外还有流通法、液相吸附法、润湿热法。除此之外，通过 X射线小角散射也能测定比表面积，但是BET法还是在测定活性炭比表面积方法中常用的。应用此法测定的活性炭的比表面积一般为1000m2/g。

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