活性炭的孔隙是因?yàn)樘荚诨罨^程中無安排的碳素和碳成分被耗費(fèi)后,在基本微晶間(非晶部分)留下的空間?;钚蕴侩m由與石墨相似的細(xì)小碳晶片組成,但其晶片只需幾個(gè)碳原子厚,并由一些碳分子構(gòu)成許多開口孔穴壁。這些開口孔穴直徑約在0.8~200nm之間。只需活化辦法恰當(dāng),可以構(gòu)成十分多的孔隙,其孔隙壁的總面積,即一般所說的外表積一般可到達(dá)500~1700m2/g,這就是活性炭顯示出大吸附容量的主要原因。相同外表積的活性炭,其吸附容量相差懸殊的現(xiàn)象也存在,這與孔隙的形狀、散布有關(guān),也與外表化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。關(guān)于孔隙的形狀很難取得共同的知道,一般情況下,多選用假定的圓筒形。此外,不同的研究辦法所選用的形狀也不相同,例如瓶頸形、兩端敞開的毛細(xì)管形、一端閉塞的毛細(xì)管形、兩個(gè)平面構(gòu)成的平板形、V字形和圓錐形等。計(jì)算上一般是將孔隙假定為圓筒形毛細(xì)管狀。杜比寧(Dubinin)將活性炭的孔隙散布分為三個(gè)系列,按照孔隙的大小分為:大孔:半徑為(1000~100000)x10-10m;過渡(中)孔:半徑為(20~1000)x10-10m;微孔:半徑<20x10-10m。因?yàn)榛钚蕴康姆N類不同,其微孔容積約0.15~0.9mL/g之間,它占單位分量活性炭總面積的95%以上。從這個(gè)數(shù)字來看,與其他吸附劑比較,活性炭具有微孔特別興旺的特性。
過渡孔的容積一般為0.02~0.1mL/g,比外表積不超過總面積的5%??墒牵杉{特別的活化辦法,在特別的活化條件(延伸活化時(shí)間,減緩升溫速度,運(yùn)用藥品活化,如抓化鋅活化或磷酸活化等)下可以制造出過渡孔興旺的活性炭。其容積可達(dá)0.3~0.9mL/9,外表積可到達(dá)或超過200m2/g。大孔容積為0.2~0.5ml/g,其外表積較小,一般不超過0.5~2.0m2/g。
活性炭的三種孔隙都有各自的吸附特性,而對(duì)吸附起決定效果的則是微孔??墒?,直接散布在活性炭外外表上的微孔是很少的,一般由大孔中分出過渡孔,進(jìn)而再由過渡孔分出微孔,因而吸附質(zhì)要吸附于微孔中,必須先經(jīng)過大孔和過渡孔。另外在液相吸附中,分子直徑大的吸附質(zhì)很難進(jìn)入微孔中,于是便吸附于過渡孔中,因而一定程度的過渡孔是必要的。大孔的外表積占總外表積的比例很小,對(duì)吸附量沒有很大影響,但當(dāng)活性炭作為催化劑載體運(yùn)用時(shí),其效果就顯得重要了。隙散布對(duì)吸附容量有很大影響,其原因是因?yàn)榇嬖谥肿雍Y效果。這是因?yàn)橐欢ǔ叽绲奈劫|(zhì)分子不能進(jìn)入比其直徑小的孔隙,究竟能分許多大的分子進(jìn)入,按照立體效應(yīng),大約是孔徑的0.5~0.2。此外,在液相吸附中還存在著吸附質(zhì)分子的溶劑效應(yīng)影響,即在液相中吸附質(zhì)的表觀分子直徑變大,直徑小的孔隙往往進(jìn)不去。
活性炭的制作是將有機(jī)物質(zhì),如樹木、果殼、果核、糖以及褐煤、煙煤、無煙煤等,在CO、CO2、H2O的氣氫下(阻隔空氣)加熱到800~900℃,進(jìn)行活化,即得到活性炭;在活化過程中,大約有20%炭被汽化。 C+CO2→2COC+H2O=====CO+H2留下的炭呈透穿微孔結(jié)構(gòu),孔隙十分興旺,且多為開口孔隙,微孔直徑0.5~2um。因而活性炭具有巨大的比外表(400~1000m2/g)?;钚蕴康幕钚?,是巨大的比外表和存在于外表的反響基團(tuán)二者結(jié)合所產(chǎn)生的效果。用于從氰化礦漿中吸附金的活性炭是選用高溫?zé)峄罨k法制得的,行將椰殼或果核等在500~600℃的惰性氣體中進(jìn)行脫水和炭化,再于800~1100℃的水蒸氣,二氧化碳,空氣或它們的仟意混合氣體中進(jìn)行活化,而使它的微晶安排占優(yōu)勢(shì)。這樣制造的典型椰殼炭,孔徑在1.0nm左右的孔穴,約占孔穴總體積的90
總之,孔隙散布是對(duì)活性炭吸附具有很大影響的物理要素。因?yàn)樵诳紫痘蛲獗矸e測(cè)定辦法中存在著各種各樣的問題,因而就吸贊同孔隙散布的聯(lián)系進(jìn)行理論解析是困難的。一般來講,粉狀活性炭大孔較多,而粒狀活性炭微孔興旺。