活性炭的吸附性能的影响因素

    活性炭具有高度发达的微孔，使它具有很大的比表面积；因此，由表面现象所引起的吸附作用，就成为活性炭显著的特征之一。
    活性炭的吸附作用，又分为物理吸附和化学吸附。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。由于范德华力的作用较弱，使物理吸附分子的结构变化不大，接近于原气体或液体中分子的状态。化学吸附的作用力是较强的价键力，它具有化学反应的特点。吸附后吸附质分子与吸附剂原子之间形成吸附化学键，组成表面络合物，它与原吸附质分子相比，由于吸附键的强烈影响，其结构变化较大，反映活性降低很多，加快了反应速率。
    在活性炭上的吸附，大多是可逆的物理吸附。即在一定的温度和压力下达到平衡的体系。在高温低压下，吸附质又解析出来。也就是说，活性炭表面在吸附、解析过程中和吸附质不产生化学反应，解析后，内部表面又恢复到原来的状态。活性

表1．11  活性炭与其他几种吸附剂物理性质比较
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┃                    ┃    吸附剂                                                                ┃
┃    物理性质        ┃                                                                          ┃
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┃                    ┃  颗粒活性炭      ┃    硅胶        ┃    矾土        ┃  活性白土(粒状)  ┃
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┃真密度／(g／cm。)   ┃    2．o～2．2    ┃    2．2～2．3  ┃    3．0～3．3  ┃    2．4～2．6    ┃
┃颗粒密度／(g／cm。) ┃    o．6～i．o    ┃    0．8～1．3  ┃    O．9～1．9  ┃    0．8～1．2    ┃
┃堆密度／(g／cm。)   ┃    o．35～o．6   ┃    0．5～O．85 ┃    0．5～1．0  ┃    O．45～0．55  ┃
┃孔隙度              ┃    o．33～o．45  ┃    0．4～0．45 ┃    0．4～0．45 ┃    0．4～0．45   ┃
┃孔隙容积／(cm。／g) ┃    o．5～1．1    ┃    0．3～0．8  ┃    0．3～0．8  ┃    0．6～0．8    ┃
┃平均孔径／A         ┃    12～20        ┃    20～120     ┃    40～150     ┃    80～180       ┃
┃比表面积／(m。／g)  ┃    700～i500     ┃    200～600    ┃    150～350    ┃    100～250      ┃
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  注：IA=0．1nm。
合物的吸附，涉及化学键的形成，并非是比表面积越大越好。
    (3)具有较发达的孔隙结构  活性炭具有发达的孔隙结构，除了活性炭分子筛以外，孔径分布范围较广。因此，能吸附分子大小不同的各种物质，但选择性的吸附分离效果较差。吸附质分子的大小与活性炭孔隙大小相适应时有利于吸附，一般说来，当活性炭的孑L隙半径比吸附质分子的半径大2～4倍时，有利于吸附。
    与其他吸附剂相比，活性炭具有巨大的比表面积和特别发达的微孔。通常活性炭的比表面积高达500  1700m~／g，这是活性炭吸附能力强、吸附容量大的主要原因。当然，比表面积相同的炭，对同一物质的吸附容量有时也不同，这与活性炭的内孔结构和分布以及表面化学性质有关。一般活性炭的微孔容积约为0·15～0·9mL／g，表面积占总表面积的95~／／oo以上；过渡孔容积约为0．02～O．1mL／g，除特殊活化方法外，表面积不超过总表面积的5％；大孔容积约为0．2～0．5mL／g，而表面积仅为0．2～0．5m2／g。在液相吸附时，吸附质分子直径较大，如着色成分的分子直径多在3×10一。以上，这对微孔几乎不起作用，吸附容量主要取决于过渡孔。
    一般过渡孔发达的活性炭有利于液相吸附，因为液体分子比较大，而微孔发达的活性炭，有利于气相吸附。
    由于孔径为纳米级前后的孑L隙结构发达，因而接触到活性炭的低浓度蒸气，在活性炭孔隙中通过毛细凝聚而冷凝，变成液体充填在孔隙中。使用加热、降低与活性炭接触的气相浓度，或者用溶剂浸渍，吸附在活性炭上的物质便能够发生可逆性的脱附。    ·
    (4)活性炭的表面特征  由于活化条件不同，活性炭的表面性质也有所不同。例如，在高温下用水蒸气活化制得的煤基活性炭，表面多含碱性氧化物，而用氯化锌法制得的活性炭，表面多含酸性氧化物。由于表面氧化物的性质不同，吸附性质也有差别。
    (5)活性炭的催化性质  活性炭作为接触催化剂用于各种异构化、聚合、氧化合卤化反应中，也用作其他催化剂的载体。
    活性炭的催化活性是由于活性炭的表面和表面化合物以及其他物质，特别是灰分的作用。