有关煤质活性炭吸附基础理论概述

    煤质活性炭的吸附是发生在两相存在的情况下，当有两相存在时，相中的物质或者是在该相中所溶解的溶质，在相与相的界面附近出现浓度与相内部不一样的现象。被吸附的物质称为吸附质，吸附的物质称为吸附剂。由于具有丰富的比表面积和空隙结构，所以活性炭常用作吸附剂。
    要产生吸附作用，必然会有吸附作用力的存在。吸附作用力是指吸附剂与吸附质之间在能量方面的相互作用，承担这种相互作用的是电子。在发生吸附时，随着吸附剂表面和吸附质分子中性质的不同，其相互作用的组合状况也不同。吸附过程相互作用力分为五类：伦敦分散力相互作用、偶极子相互作用、氢键、静电吸引力和共价键。
    伦敦分散力是伦敦发现的力，是五种相互作用力中弱的。伦敦分散力普遍存在与原子和分子间，包括惰性原子、分子间也都有存在，是活性炭吸附中非常重要的吸附作用力。由于其与可见光和紫外光领域中的分光散有关，所以称之为分散力。
    除了轮但分散力之外，偶极子相互作用也是一个相当微弱的相互作用力。表面上负电性不同的原子化学结合在一起时，由于负电性的差异导致对电子吸引强弱的不同产生电子的偏移，电子向负电性较大的一边集中分布，于是咋相互结合的原子之间产生称作偶极距的极距u=qr。在有这种偶极子的表面原子组成或者极性的表面官能团与具有偶极性的分子之间，引发力的作用，这种力就叫做偶极子的相互作用诱导力。伦敦分散力和偶极子诱导力属于范德华范畴。
    氢键的强度一般为范德华力的5~10倍，其产生与一个氢原子与俩个以上的其它原子的结合的过程中。通常，固体便面上多少存在一些类似于羚基、氨基等具有氢原子的极性官能团。这些官能团中的氢原子易于吸附分子中负电性大的氧、氮、硫等共价电子对形成直线形的氢键。同样，便面官能团中的氧、氮、氟等原子中非共价电子对的存在，使其易于吸附分子的极性官能团的氢原子形成氢键。
    静电引力是很强的相互作用。目前对于产生电位的机理还不是太清楚，但即使固体、液体等是绝缘体，接触时表面仍会产生静电，电量少但却能形成很强的电场。因此，这种表面经常带电的结果就使在发生吸附时产生了静电力。
    表面能够发生氧化、还原、分解等反应的吸附剂，容易与吸附质之间形成共价键，是非常强有力的吸附作用。
    煤质活性炭通过氧化、还原等手段进行处理，改变其表面官能团的性质、比表面积以及孔径。但是由于置换基的种类以及浓度能够改变表面的化学性质及物理性质，所以能够选择何时与从多种溶剂、溶质多组成的溶液中有选择性地吸附某种溶质的表面。
    根据吸附剂与吸附质之间相互作用力的不同，吸附可以分为物理吸附和化学吸附。从机理上讲，物理吸附是有范德华力即分子间作用力所引起的吸附，活性炭吸附剂与气体或者液体吸附质普遍存在着分子间引力，这种吸附的速度很快。物理吸附不发生化学反应，是由分子引作用力产生，当吸附质的分压升高时，可以生产多分子层吸附，所以加压吸附将会增加吸附容量，而真空则有利于吸附气体的脱附。化学吸附的作用大大超过物理吸附的范德华力。在物理吸附中，吸附质与吸附媒体表面层不发生电子轨道的重叠；相反地，电子轨道的重叠对于化学吸附起着至关重要的作用。也就是说，在物理吸附中，基本上是通过吸附质与吸附媒介表面原子间的微弱相互作用而发生的；而化学吸附剂则源自吸附质的分子轨道与吸附媒介表面的电子轨道的特异的相互作用。所以，物理吸附中往往发生多分子层吸附；化学吸附则是单分子层。而且，化学吸附伴随着分子结合状态的变化，吸附导致震动、电子状态发生显著的变化。通过傅里叶变换红外光谱可以观察到吸附质在吸附前后发生了明显的变化，而物理吸附则没有这种变化。
    对于吸附现象的评价，物理吸附不是由于吸附质与吸附媒介表面体系相应的特异性作用而引起的，所以可以进行一般评价；而化学吸附则是源于特性作用，难以进行一般评价，需要进行与各个吸附体系相应的评价。

    《有关煤质活性炭吸附基础理论概述》源自：http://www.hxtcj.cn