活性炭的孔结构与应用的关系

　　活性炭的孔结构与应用的关系

　　活性炭常常应用于吸附分子，吸附性决定应用性，而吸附性和各种炭型的孔大小分布相关。以水蒸气活化的泥煤基、褐煤基和椰壳基粉状活性炭为例：

　　泥煤基活性炭具有微孔和中孔，可供多种应用;

　　褐煤基炭具中孔较多，而且还有较大的中孔，提供优良的可入性;

　　椰壳基炭中主要是微孔，仅适用于低分子的去除。

　　化学品活化的活性炭是非常多孔的，多在微孔和中孔范围，但是，比较水蒸气活化的活性炭、化学品活化的活性炭的孔表面是较少疏水性和较多负电荷。

　　以挤压型和破碎型粒状活性炭为例：

　　泥煤基挤压型活性炭能制成各种不同孔大小分布的品种。微孔为主的品种主要用于气相应用的黄金回收。既有微孔又有中孔的品种大都用于液相应用，如水纯化中吸附小分子和大分子的杂质。

　　破碎型煤基炭兼有微孔和中孔，可供多种目的的应用。

　　褐煤基或椰壳基的粒状活性炭与粉状炭一样具有相同的微孔和中孔结构。

　　活性炭有什么性能指标?

　　活性炭产品的性能指标可分为物理性能指标、化学性能指标、吸附性能指标。三种性能指标对活性炭的选择和应用都起到非常重要的作用。

　　主要物理性能指标有：形状、外观、比表面积、孔容积、比重、目数、粒度、耐磨强度、漂浮率等。

　　主要化学性能指标有：PH值、灰分、水分、着火点、未炭化物、硫化物、氯化物、氰化物、硫酸盐、酸溶物、醇溶物、铁含量、锌含量、铅含量、砷含量、钙镁含量、重金属含量、磷酸盐等。

　　主要吸附性能指标有：亚甲蓝吸附值、碘吸附值、苯酚吸附值、四氯化碳吸附值、焦糖吸附值、硫酸奎宁吸附值、饱和硫容量、穿透硫容量、水容量、氯乙烷蒸汽防护时间、ABS值等。

　　活性炭水处理的主要影响因素：

　　由于活性炭水处理所涉及的吸附过程和作用原理较为复杂，因此影响因素也较多。主要与活性炭的性质、水中污染物的性质、活性炭处理的过程原理以及选择的运转参数与操作条件等有关。

　　一、活性炭的性质

　　由于吸附现象发生在吸附剂表面上，所以吸附剂的比表面积是影响吸附的重要因素之一，比表面积越大，吸附性能越好。

　　因为吸附过程可看成三个阶段，内扩散对吸附速度影响较大，所以活性炭的微孔分布是影响吸附的另一重要因素。

　　此外活性炭的表面化学性质、极性及所带电荷，也影响吸附的效果。

　　用于水处理的活性炭应有三项要求：吸附容量大、吸附速度快、机械强度好。活性炭的吸附容量附其他外界条件外，主要与活性炭比表面积有关，比表面积大，微孔数量多，可吸附在细孔壁上的吸附质就多。吸附速度主要与粒度及细孔分布有关，水处理用的活性炭，要求过渡孔(半径20~1000A)较为发达，有利于吸附质向微细孔中扩散。活性炭的粒度越小吸附速度越快，但水头损失要增大，一般在8~30目范围较宜，活性炭的机械耐磨强度，直接影响活性炭的使用寿命。

　　二、吸附质(溶质或污染物)的性质

　　同一种活性炭对于不同污染物的吸附能力有很大差别。

　　(一)溶解度

　　对同一族物质的溶解度随链的加长而降低，而吸附容量随同系物的系列上升或分子量的增大而增加。溶解度越小，越易吸附。

　　如活性炭从水中吸附有机酸的次序是按甲酸--乙酸--丙酸--丁酸而增加。

　　(二)分子构造

　　吸附质分子的大小和化学结构对吸附也有较大的影响。因为吸附速度受内扩散速度的影响，吸附质(溶质)分子的大小与活性炭孔径大小成一定比例，利于吸附。在同系物中，分子大的较分子小的易吸附。不饱和键的有机物较饱和的易吸附。芳香族的有机物较脂肪族的有机物易于吸附。

　　(三)极性

　　活性炭基本可以看成是一种非极性的吸附剂，对水中非极性物质的吸附能力大于极性物质。

　　(四)吸附制裁(溶质)

　　吸附质的浓度在一定范围时，随着浓度增高，吸附容量增大。因此吸附质(溶质)的浓度变化，活性炭对该种吸附质(溶质)的吸附容量也变化。

　　三、溶液pH的影响

　　溶液pH值对吸附的影响，要与活性炭和吸附质(溶质)的影响综合考虑。

　　溶液pH值控制了酸性或碱性化合物的离解度，当pH值达到某个范围时，这些化合物就要离解，影响对这些化合物的吸附。

　　溶液的pH值还会影响吸附质(溶质)的溶解度，以及影响胶体物质吸附质(溶质)的带电情况。

　　由于活性炭能吸附水中氢、氧离子，因此影响对其他离子的吸附。

　　活性炭从水中吸附有机污染物质的效果，一般随溶液pH值的增加而降低，pH值高于9.0时，不易吸附，pH值越低时效果越好。在实际应用中，通过试验确定佳pH值范围。

　　四、溶液温度的影响

　　因为液相吸附时吸附热较小，所以溶液温度的影响较小。

　　吸附是放热反应。吸附热，即活性炭吸附单位重量的吸附质(溶质)放出的总热量，以KJ/mol为单位。吸附热越大，温度对吸附的影响越大。

　　另一方面，温度对物质的溶解度有影响，因此对吸附也有影响。

　　用活性炭处理水时，温度对吸附的影响不显著。

　　五、多组分吸附质共存的影响

　　应用吸附法处理水时，通常水中不是单一的污染物质，而是多组分污染物的混合物。在吸附时，它们之间可以共吸附，互相促进或互相干扰。一般情况下，多组分吸附时分别的吸附容量比单组分吸附时低。

　　六、吸附操作条件

　　因为活性炭液相吸附时，外扩散(液膜扩散)速度对吸附有影响，所以吸附装置的型式、接触时间(通水速度)等对吸附效果都有影响。

　　综上所述，影响吸附的因素很多，应综合分析，根据具体情况，选择佳吸附条件，达到好的吸附效果。
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