活性炭比表面積吸附現(xiàn)象發(fā)生在固體的表面，物體吸附能力的強(qiáng)弱很大程度上取決于比表面積的大小。有很多分析方法可以用來(lái)測(cè)定比表面積，其中常用的是BET法。此外還有流通法、液相吸附法、潤(rùn)濕熱法。除此之外，通過(guò)置射線小角散射也能測(cè)定比表面積，但是BET法還是在測(cè)定活性炭比表面積方法中常用的。應(yīng)用此法測(cè)定的活性炭的比表面積一般為1000m2/g。
活性炭的分類(lèi)
根據(jù)制造方法、外觀形狀、用途功能以及孔經(jīng)大小的不同，可以將活性炭分為不同種類(lèi)。從形態(tài)來(lái)看，可以分為顆?；钚蕴亢头蹱罨钚蕴?，而顆?；钚运岵婵煞譃闊o(wú)定形和定形兩大類(lèi);依據(jù)原料的不同，可以將活性炭分為焦木質(zhì)、石油、煤質(zhì)和樹(shù)脂活性炭;根據(jù)使用功能的不同又可以分為液體吸附、催化性能、氣體吸附活性炭;從制造方法來(lái)劃分，又分為物理法、化學(xué)法和物理化學(xué)生活性炭。
從外觀形狀上分類(lèi)。
活性炭基本上是非結(jié)晶性碳，它由微細(xì)的石墨狀微晶和將它們連接在一起的碳?xì)浠衔锊糠纸M成?；钚蕴砍醯脑先缒静?、煤等，經(jīng)炭化、活化等過(guò)程后，活性炭中部分碳原子之間已形成了微晶碳(活性炭的基本結(jié)晶)，但是其面網(wǎng)結(jié)構(gòu)卻沒(méi)有采取石墨那樣規(guī)則性的積層結(jié)構(gòu)，而是形成圖1-1(b)那樣的亂層結(jié)構(gòu)。除微晶碳外，活性炭前驅(qū)體經(jīng)炭化、活化等過(guò)程后仍然有部分未晶化的碳，活性炭被認(rèn)為是由微晶群和其他未組成平行層的單個(gè)網(wǎng)狀平面以及無(wú)規(guī)則碳組成的多相物質(zhì)。
目前，在X射線衍射分析的基礎(chǔ)上，已發(fā)現(xiàn)活性炭的微晶碳有兩種不同的結(jié)構(gòu)，一種是類(lèi)石墨結(jié)構(gòu)的微晶碳，其大小隨炭化溫度而變化，大小約由三個(gè)平行的石墨層所組成，其寬度約為一個(gè)碳六角形的九倍，它與石墨相比，微晶碳中平面面網(wǎng)之間排列不整齊，稱(chēng)為“亂層結(jié)構(gòu)”，與石墨結(jié)構(gòu)的比較如圖1-1所示;另外一種微晶碳是由于石墨網(wǎng)結(jié)構(gòu)之間的軸向不同，面網(wǎng)之間的間距也不整齊，或石墨層間扭曲，可能因雜原子(如氧、氮等)的進(jìn)入而穩(wěn)定，碳六面網(wǎng)被空間交聯(lián)而形成無(wú)序的結(jié)構(gòu)。Riley認(rèn)為，在大部分碳材料中(包括活性炭)均含有這兩種結(jié)構(gòu)類(lèi)型，而活性炭的終特性則取決于它是以哪種類(lèi)型的結(jié)構(gòu)為主。
富蘭克林把除金剛石以外的碳素物質(zhì)分為容易石墨化的易石墨化碳素和難
制備活性炭物理法通常指氣體活化法，是以水蒸氣、煙道氣(水蒸氣、CO2、N?等的混合氣)、CO:或空氣等作為活化氣體，在800~1000℃的高溫下與已經(jīng)過(guò)炭化的原材料接觸進(jìn)行活化的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，具有氧化性的活化氣體在高溫下侵蝕炭化料的表面，使炭化料中原有閉塞的孔隙重新開(kāi)放并進(jìn)一步擴(kuò)大，某些結(jié)構(gòu)因選擇性氧化而產(chǎn)生新的孔隙，同時(shí)焦油和未炭化物等也被除去，終得到活性炭產(chǎn)品。由于物理法通常采用氣體作為活化劑，工藝流程相對(duì)簡(jiǎn)單，產(chǎn)生的廢氣以CO2和水蒸氣為主，對(duì)環(huán)境污染小，而且終得到的活性炭產(chǎn)品比表面積高，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，應(yīng)用范圍廣，因此在活性炭生產(chǎn)廠家中70%以上都采用物理法生產(chǎn)活性炭。下面對(duì)物理活化法的機(jī)理、工藝流程、裝置設(shè)備及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀等進(jìn)行具體闡述。
原料炭化
物理法制備活性炭需要先將原料在400~600℃下進(jìn)行炭化處理，使原料中碳元素以外的主要元素(氫、氧等)以氣體形式脫除，通過(guò)CO:、CO 的形式也可使一部分碳元素釋放出去，殘留的碳元素則多數(shù)以類(lèi)似石墨的碳微晶形態(tài)存在。然而和石墨晶體不同的是，這些碳微晶的排列是雜亂無(wú)章的，因此形成了具有活性炭原始形態(tài)的結(jié)構(gòu)。但是僅僅經(jīng)過(guò)炭化處理，碳微晶的周?chē)约疤嘉⒕еg的縫隙仍被熱解所產(chǎn)生的焦油或者無(wú)定形碳堵塞，因此需要進(jìn)一步活化處理，除去這些堵塞孔隙的物質(zhì)才能得到具有發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)的活性炭。
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