活性炭的研究概述.docx

活 性 炭 的 研 究 概 述

义，活性炭是炭在炭化时、炭化前、炭化后经与气体或与化学品（如氯化锌）作用而增加吸附性能的多孔的炭。

活性炭的不同孔隙结构决定了其在不同领域的用途。不同的结构性能和应用性能的活性炭可以根据不同的原料和活化方法进行制备。可以将常被用来制备活性炭的原料分为如下几人类·

植物类原料。例如，稻杆、玉米秸杆、棉杆等植物秸杆和椰子壳、橄榄壳、核桃克、油棕克、杏核等果壳（核）以及稻克、稻草、甘庶渣等农业废弃物，还有生产中不被利用的树枝，板材加工废料，锯末等林业废弃物。这类原料制备的活性炭常被称为生物质基活性炭。以生物质为原料制备的活性炭有效的利用了被人们丢弃掉的农林废弃物，变废为宝，井且在保护人类赖以生存的环境方面起到了须人作用。

塑料类原料。例如，酚酘树脂、聚氮乙烯、聚四氯乙烯、聚丙烯、吠喃树脂以及有机树脂等。

煤炭类原料。例如，泥煤、褐煤、烟煤、无烟煤等各种级别的煤炭．这些原料制备的活性通常被称为煤基活性炭。

石油类原料。例如，石油油渣、石油焦以及石油沥音等．可以制成沥宵基球状的活性炭。

其他原料。例如，废旧轮胎、城市污泥、纸浆废液、废旧塑料等含碳的有机废料，它们都可化无用为有用制成活性炭。

活性炭的结构和性质（．so52)

活性炭的性质

活性炭是一种须要的多孔材料，它不仅具有丰富的孔隙结构和巨人的比表面积，而且表面含有多种含氧官能团，具有良好的化学稳定性、优良的催化性能和超强的吸附性能，它不溶于水和其他绝人部分溶剂，易反复使用。

活性炭的结构

根据IUPAC分类标准，活性炭的孔隙结构可分为人孔（孔径＞SOrun)、微孔

LM（孔径2nm)和介于人孔和微孔之间的介孔（2孔径50nm)，又称中孔或过渡孔。活性炭的孔径结构粮型如图14所示

LM

勿妨勿妞份,图1.4活性炭的

勿妨勿

妞份

,

活性炭的性能和作用由它的不同孔径的孔隙决定。微孔的孔径小于.?.nm ., 具有数目多和比表面积人等特点，很容易吸附气体分子和液体中的小分子或直径较小的离子，它对活性炭的比表面积和吸附性能起主导作用．中孔的孔径在2.~SOnm之间，它对于不能进入微孔的人分子吸附有须要作用，其有效半径要比被吸附质人得多，它可以在足够高的压力下按毛细凝聚机理吸附物质蒸气，可以控制吸附速度，输送被吸附质使其到达微孔边缘的通道，也可以用于吸附液相分子中直径较人的吸附质，因此中孔常用于溶液的脱色。此外，中孔还可以作为各种化学药品和催化剂的载体，使活性炭的用途更加广泛。人孔的孔径人于50nm, 它的比表面积一般较小，本身几乎没有吸附作用．主要起输送渠道的作用．

活性炭孔结构的形成机制·形成活性炭孔结构的过程，其实就是控制活化的过程，此过程与活化剂种类、活化方式、活化条件以及炭化条件息息相关。依据孔隙的变化情况，孔隙的形成过程主要包括：

(1)原有闭孔的打开：

(2)新的孔形成：

(3) 原有孔的扩宽：

(4)原有孔的塌陷：

Wigmans的研究表明·在炭化过程中芳香族化合物形成碳中间物，活化反应首先要将这些碳中间物除去，然后活化剂才能与石墨微晶上的活性点发生反应。孔结构的变化是由石墨层垂直或者水平方向上的碳的相对反应速度决定的。因此，制备活性炭原料的性质和活化剂种类以及活化条件、活化方式的不同导致了活性炭的孔结构和孔径分布的不同。

活性炭的制备方法

制备活性炭主要包括炭化和活化两个的阶段，这两个过程可以分开来依次单独进行，也可以同时进行，其中最关键的是活化过程。活性炭的制备过程是指在高温下，原料中的有机物发生热分解和热缩聚，使非炭成分和部分炭形成易挥发组分释放出来，继而使原料中部分无序炭刻蚀掉，在内部形成细微复杂的孔道结构。根据不同的活化剂和活化方式，制备的活性炭方法主要可以分为化学活化法和物理活化法。依靠不同的制备原料的特性，选择合适的活化方法，制备出不同性能的活性炭。

物理活化法[S3-S7]

物理活化法又称气体活化法，它主要分为含碳原料在较低温度下的炭化和在较高温度下焦炭的活化两个阶段。

原料在惰性气体保护、温度小于400C的条件下进行炭化，逐渐除去原料中挥发成分（水、一氧化碳、二氧化碳、甲烧等）、焦油以及酘类小分子等物质，通过碳原子的环化和芳构化反应，最后形成含碳较高的炭化物．

向反应中通入二氧化碳、氧气、水蒸气、空气等氧化性气体或者它们的混合物，在800C高温下进行活化，通过开孔、扩孔继而创造新孔，最后形成孔隙发达的微晶结构的活性炭．

物理化学反应的实质是碳与活化剂的高温氧化反应，它仅仅发生在“活性点