人们最初认为活性炭之所以能脱色是由于它经化学或热处理活化之.pptxVIP

知识点2煤质活性炭的结构人们最初认为，活性炭之所以能脱色，是由于它经化学或热处理“活化”之后才有的性质，故称为“活性炭”(activatedcarbon）。利用各种仪器和方法对活性炭结构进行详细研究表明，活性炭之所以有很强的吸附能力，主要是由于它具有特殊的微晶结构、极发达的微孔和巨大的比表面积。因此，活性炭的制备就是使炭形成多孔的微晶结构并使之成为具有很大比表面积的物质的过程。

一、活性炭的孔结构活性炭的孔，就是活化过程中在无定形炭的基本微晶之间清除了各种含碳化合物及无序碳（有时也从基本微晶的石墨层中除去部分碳）后产生的孔隙。高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）的研究表明，活性炭内的微孔即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。要想精确了解活性炭的孔形状是十分困难的。使用不同的方法研究发现，活性炭孔的形状是不同的。有些孔隙具有缩小的入口（墨水瓶状），有些是两端敞开的毛细管孔或一端封闭的毛细管孔，还有一些是两平面之间或多或少比较规则的狭缝状孔、V形孔和锥形孔。

活性炭孔的大小从几分之一nm到数百nm以上。按孔隙半径的大小，Dubinin于1960年提出把活性炭的孔分为大孔、中孔（或称过渡孔）和微孔三类（见表12-3），这个方案已被“国际纯化学和应用化学学会”（InternatiomalUnionofPureandAppliedChemistry，IUPAC）所接受。Dubinin如此分类的依据在于活性炭的孔隙结构是三分散的，也就是活性炭的孔径分布在这三种孔径范围内往往各自呈现出极大值。

各种孔对活性炭吸附性能的贡献是不同的。一般而言，活性炭的大孔容积为0.2～0.8cm3/g，比表面积小于0.5m2/g；中孔容积在0.1～0.5cm3/g范围之内，比表面积为20～70m2/g，不超过活性炭总比表面积的5％；微孔容积在0.2～0.6cm3/g之间，比表面积400～1000m2/g，甚至更高，占总比表面积的95％以上。因此，活性炭的总比表面积是由微孔发达与否所决定的。活性炭的吸附作用绝大部分是由微孔进行的，吸附量的大小则受微孔量的多少支配。尽管如此，大孔和中孔的作用也不能忽视。Dubinin等人的研究表明，只有少数微孔直接通向活性炭颗粒的外表面，而在绝大多数情况下活性炭的孔隙结构按下列方式排列：大孔直接通向颗粒的外表面，过渡孔是大孔的分支，微孔又是过渡孔的分支。微孔的吸附作用是以大孔的通道作用和中孔的过渡作用为条件的。因此，吸附性能好的优质活性炭在孔结构上应有充分发育的微孔，同时又有数量及排列均适宜的过渡孔和大孔结构。

此外，不同的用途对活性炭的孔径分布的要求也是不同的。例如，用于溶剂回收、气相分离的气相吸附用活性炭要求以微孔结构为主，并含有相当量的大孔；用于脱色、液体净化的液相吸附用活性炭，其孔结构则以过渡孔为主，以保证尽快达到吸附平衡。

二、活性炭的微晶结构

1.石墨的结构各种炭的结构都是以石墨晶格为基础的，只不过是在某些方面与石墨有所差异而已。众所周知，石墨的结构就是所谓的大芳族平面分子的六角形网状结构，以三维有序排列进行层状堆积构成，如图1-2（a）、（b）所示。这个六角网状平面中碳原子间距为0.142nm，层间距为0.3354nm。

2.活性炭的基本微晶结构活性炭、木炭、焦炭及炭黑等形成一族称为“无定形炭”的含碳物质。这些物质的结构虽或多或少地都与石墨结构相似，但同石墨晶格相比，在层片大小、层面内碳原子的六角形排列的完善度、平面化程度以及层间距等4个方面却有不同程度的差异。在X射线分析的基础上，Riley最早对活性炭的结构进行了研究，提出了适合活性炭的两种结构类型的。第一种结构类型，由基本微晶构成，与石墨相似，由排列成六角形的碳原子的平行层面构成。然而，这种结构与石墨又有所不同：它仅二维有序，各个平行的层面并不完全沿共同的垂直轴排列，而其一层对另一层的角位移是杂乱的，各个层进行不规则重叠，如图（c）所示。这种排列，也就是Biscoe和Warren所说的“乱层结构”（turbostraticstructure）。

微晶的相互取向是随机的，微晶的大小主要取决于碳化的强度。第二种结构类型，Riley将其描述为不规则的交联炭六角形空间晶格，即炭六方网面被空间交联键联接的无序结构。这是由于石墨层间的扭曲而造成的。这种结构，可能由于杂原子首先是由于氧原子的存在而趋于稳定，正如在用含氧量高的原料制成的炭中所发现的那样。