活性炭的基本性能

 

 

活性炭为暗黑色，有良好吸附性能的吸附剂。化学稳定性好，耐酸碱，不溶于水和有机溶剂，能经受水浸，高温和高压的作用，失效后可以再生。活性炭具有高度发达的孔隙结构和很大的比表面积。因此，使它具有很大的吸附能力，这种吸附特性是使活性炭有广泛用途的最显著的特征之一。活性炭的吸附有物理吸附和化学吸附。化学吸附的作用力是价健力，物理吸附的作用力是范德华力。范德华力包括取向力、诱导力和色散力。一切含碳物质都可以用来制造活性炭，常用的原材料有煤、果壳、木材、石油焦、合成树脂、纸浆等，随原材料的不同和加工工艺的不同使活性炭的性能有一定差异，果壳炭有发达的微孔容积，灰分低，且灰分中有害物质较少。木质炭有较多的中孔，对较大分子有很好的吸附能力。我国有丰富的煤炭资源，精选煤炭制造出的活性炭具有大的比表面积，发达的微孔容积，但中孔较少。煤质活性炭有柱状炭、压块炭，可通过配煤的方法进一步提高性能，而破碎炭由于用煤破碎后直接炭化、活化而制成。所以性能受到原材料的影响较大。根据活性炭性能的特点，可分为气相吸附炭、液相吸附炭、糖用炭、工业炭、催化剂和催化剂载体炭等。活性炭与其它吸附剂相比有以下特点：1、属于非极性吸附剂活性炭能选择的吸附非极性物质，是疏水性的非极性吸附剂，对不饱和的含碳化合物，选择吸附性小；硅胶矾土类吸附剂是极性吸附剂，亲水性强，对极性分子吸附力大，对不饱和含碳化合物吸附能力大。2、比表面积大活性炭的密度、孔隙率、孔容积、比表面积等物理性质与其它几种吸附剂相比，活性炭比表面积最大，平均孔径最小。一般来说，比表面积大，吸附能力大，比表面积相同的活性炭，其吸附力不一定相同，这是由于它们的孔隙形状、孔径分布、表面化学性质及灰分存在差别。3、孔结构发达活性炭在碳化和活化过程中，形成了许多形状、大小不同的孔隙，总表面积可达到500~1700m²/g。按孔隙半径的大小分为三种

孔隙种类	有效半径（A）	孔隙容积（cm3/g）	比表面积（m2/g）
大孔	1000~2000	0.2~0.5	0.5~2.0
过渡孔（中孔）	（15-16）~（1000-2000）	0.02~0.1	占总比表面积的5%
粗微孔 细微孔	（6-7）~（15-16） 6~7	0.15~0.9	占总比表面积的95%

用氯化锌活化方法制成的活性炭，中孔容积能达到0.3~1.0Cm³/g，比表面积200~800m²/g。活性炭有发达的孔结构，孔径分布范围比较广，能吸附各种物质，只是选择性吸附较差，吸附质分子与活性炭孔隙大小相适应时，吸附效果最好。有研究认为，活性炭孔隙半径比吸附质分子的半径大3~4倍时吸附效果最好。一般过渡孔发达的活性炭，有利用液相吸附，因为液体中有机物分子比较大；而微孔发达的活性炭有利于气相吸附。4、活性炭的表面特征活化条件影响活性炭表面特征。在高温下用水蒸汽活化制得的颗粒活性炭，表面含酸性氧化物，这些表面氧化的性质直接影响活性炭的吸附性质。不同活化条件制得的活性炭吸附性能也不同，水蒸汽活化法活性炭对碱、碘的吸附能力要比氯化锌法活性炭小，对酸的吸附能力随活化温度升高而增大。5、活性炭的催化性能在各种异构化、聚合氧化和卤化中，活性炭既可作为接触催化剂，也可作为催化剂载体，这与活性炭的孔结构、表面特性及灰分量、灰分成分有关，且对催化剂的活性、选择性和使用寿命有较大影响，具有助催化作用。6、性质稳定容易再生活性炭耐酸、耐碱，不溶于水和有机溶剂。化学性质稳定，所以能在水溶液和许多溶剂中使用，且耐高温、高压。在较强氧化条件下，易发生氧化反应。在高温下，活性炭能与氧反应。氯化锌法活性炭在与强氧化剂接触时，能发生氧化分解作用。活性炭使用一段时间后，吸附能力减弱、失效，可以通过各种方法使其再生，恢复其原来的吸附能力，反复使用。