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简单识碳法-判断活性炭性质的几种因素

    吸附性质是活性炭的首要性质。活性炭具有像石墨晶粒却无规则地排列的微晶。在活化过程中微晶间产生了形状不同、大小不一的孔隙,假定活性炭的孔隙是圆筒孔形状,按一定方法计算孔隙的半径大小可分为二类:
(1) 按习惯分:
微孔 <150nm
中孔 150-20 000nm
大孔 >20 000nm。
(2) 按IUPAC分:
微孔 <1.0nm
中孔 1-25nm
大孔 >25nm。
由于这些孔隙,特别是微孔提供了巨大的表面积。
    微孔的孔隙容积一般只有0.25-0.9mL/g,孔隙数量约为1020个/g,全部微孔表面积约为500-1500m2/g,通常以BET法测算,也有称高达3500-5000 m2/g的。活性炭几乎95%以上的表面积都在微孔中,因此除了有些大分子进不了外,微孔是决定活性炭吸附性能高低的重要因素。中孔的孔隙容积一般约为0.02-1.0mL/g,表面积最高可达几百平方米,一般只有活性炭总蚕种的约5%。其作用能吸附蒸汽,并能为吸附物提供进入微孔的通道,又能直接吸附较大的分子。大孔的孔隙容积一般约为0.2-0.5 mL/g,表面积只约0.5-2 m2/g,其作用一是使吸附质分子快速深入活性炭内部较小的孔隙中去;二是作为催化载体时,催化剂常少量沉淀在微孔内,大都沉淀在大孔和中孔之中。
     所提的活性炭表面积理应包括内表面积和外表面积,事实上吸附性质主要来自巨大的内表面积,因此不能误认为:把活性炭研碎磨细会明显提高表面积从而提高吸附力。
很多吸附是可逆的物理吸附,即被吸附物为流体,在一定温度和压力下被活性炭吸附,在高温低压下被吸附物又解吸出来,活性炭内表面恢复原状。这是广泛应用的物理吸附,学术上又称为范德华吸附。
化学性
     活性炭的吸附除了物理吸附,还有化学吸附。活性炭的吸附性既取决于孔隙结构,又取决于化学组成。
     活性炭不仅含碳,而且含少量的化学结合、功能团开工的氧和氢,例如羰基、羧基、酚类、内酯类、醌类、醚类。这些表面上含有的氧化物和络合物,有些来自原料的衍生物,有些是在活化时、活化后由空气或水蒸气的作用而生成。有时还会生成表面硫化物和氯化物。在活化中原料所含矿物质集中到活性炭里成为灰分,灰分的主要成分是碱金属和碱土金属的盐类,如碳酸盐和磷酸盐等。
这些灰分含量可经水洗或酸洗的处理而降低。
     活性炭中无机物成分,从下面四种粉炭商品的分析,可见一斑。
机械性
下载几个项目表示活性炭的机械性,为活性炭的应用者,尤其为大量的工业应用者所重视。
(1) 强度:即活性炭的耐破碎性。
(2) 耐磨性:即耐磨损或抗磨擦的性能。
(3) 粒度:采用一套标准筛筛分法,求出留在和通过每只筛子的活性炭重量,表示粒度分布。
(4) 静观密度或堆密度:饮食孔隙容积和颗粒间空隙容积的单位体积活性炭的重量。
(5) 体积密度和颗粒密度:饮食孔隙容积而不饮食颗粒间空隙容积的单位体积活性炭的重量。
这些机械性质直接影响应用,例如:密度影响容器大小;粉炭粗细影响过滤;粒炭粒度分布影响流体阻力和压降;破碎性影响使用寿命和废炭再生。
催化性
     活性炭在许多吸附过程中伴有催化任凭,表现出催化剂的活性。例如活性炭吸附二氧化硫经催化氧化变成三氧化硫。
    由于活性炭有特异的表面含氧化合物或络合物的存在,对多种反应具有催化剂的活性,例如使氯气和一氧化碳生成光气。
    由于活性炭和载持物之间会形成络合物,这种络合物催化剂使催化活性大增,例如载持钯盐的活性炭,即使没有铜盐的催化剂存在,烯烃的氧化反应也能催化进行,而且速度快、选择性高。
由于活性炭具有发达的细孔结构、巨大的内表面积和很好的耐热性、耐酸性、耐碱性,可作为催化剂的载体。例如,有机化学中加氢、脱氢环化、异构化等的反应中,活性炭是铂、钯催化剂的优良载体。
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