活性炭是一種具有豐富內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)、高空隙率和較高比表面積的六方晶格型碳，因炭的性價比高、化學(xué)穩(wěn)定性好吸附性能優(yōu)良、熱穩(wěn)定性好及便于再生利用和相當(dāng)?shù)挠捕鹊葍?yōu)點而成為吸附技術(shù)中**的吸附劑材料，活性炭廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、電池、催化、電能儲存、黃金提取和多成份有機氣體分離等。

    環(huán)境安全和污染控制關(guān)注的提高為活性炭吸附的應(yīng)用開辟了新的領(lǐng)域，在很多化工廠，如印刷，涂料，紡織印染，聚合物加工等，炭孔隙分布規(guī)律性差，工業(yè)制作無法實現(xiàn)控制孔徑大小及分布，當(dāng)今科學(xué)、工程和技術(shù)一個特殊的應(yīng)用需要一個特殊的孔結(jié)構(gòu)，當(dāng)孔隙大小為吸附分子的2～4倍時有利于吸附，可以根據(jù)吸附質(zhì)分子選擇吸附性能好的炭，但一般炭的孔徑并不均一，選擇性吸附效果差，因此，**控制炭的孔結(jié)構(gòu)在不同應(yīng)用領(lǐng)域有很強的需求，常規(guī)炭主要包含小孔，小孔也被IUPAC定義為微孔，即使他們只有納米級尺寸（小于2nm），也已經(jīng)吸引了注意和努力在孔尺寸和數(shù)量的控制，在近的一些應(yīng)用上即使較大的孔，被稱為中孔（2～50nm）和大孔（大于50nm）都對活性炭的功能應(yīng)用起作用，例如中孔在催化、凈化、能源儲存和碳化硅結(jié)構(gòu)陶瓷制備等，大孔在重油吸附上的應(yīng)用等，并且，孔的數(shù)量和尺寸、同種尺寸和形態(tài)孔也需要控制。

    為滿足特殊應(yīng)用的特殊需求，相關(guān)學(xué)者提出很多方法和技術(shù)用于創(chuàng)造擁有特定孔結(jié)構(gòu)的活性炭材料，控制孔的尺寸和數(shù)量，這些技術(shù)措施可分為一下三種：

    一是選擇特殊原料實現(xiàn)炭特殊孔隙結(jié)構(gòu)及孔尺寸，

    二是通過炭制作過程控制孔的尺寸和數(shù)量，形成特殊孔隙結(jié)構(gòu)。

    三是對制作完成的活性炭用修飾或填充等措施改變炭原有性質(zhì)實現(xiàn)控制孔隙結(jié)構(gòu)、孔的尺寸和數(shù)量孔，這些提出的工程和技術(shù)工藝似乎可以滿足在孔結(jié)構(gòu)方面的需求，但是這些技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)還需要一些突破。

    活化法成孔機理活化反應(yīng)屬于氣固相系統(tǒng)的多相反映，活化過程括物理和化學(xué)兩個過程，整個過程包括氣相中的活化劑向炭化材料外表面擴散、活化劑向炭化料內(nèi)表面的擴散、活化劑被炭化料內(nèi)表面吸收、炭化料表面發(fā)生反應(yīng)生成中間產(chǎn)物（表面絡(luò)合物）、中間產(chǎn)物分解成反應(yīng)產(chǎn)物、反應(yīng)產(chǎn)物脫附、脫附下來的反應(yīng)產(chǎn)物由炭化料內(nèi)表面向外表面擴散等過程氣體活化法物料在炭化過程中以形成了類似石墨的基本微晶結(jié)構(gòu)，在微晶之間形成了初級空隙結(jié)構(gòu)，不過由于這些初級孔隙結(jié)構(gòu)被炭化過程中生成的一些無序的無定形碳或焦油餾出物所堵塞或封閉，因此炭化料的比表面積很小，氣體活化的過程就是用活化氣體與C發(fā)生氧化還原反應(yīng)，侵蝕炭化物的表面，同時去除焦油類物質(zhì)及未炭化物，使炭化料的微細(xì)孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)的過程。

活化反應(yīng)通過以下三個階段終達(dá)到活化造孔的目的：

    階段：開放原有的閉塞孔。即高溫下，活化氣體首先與無序碳原子及雜原子發(fā)生反應(yīng)，將炭化時已形成但卻被無序碳原子及雜原子所堵塞的孔隙打開，暴露出基本微晶表面。

    第二階段：擴大原有孔隙。在此階段，暴露出來的基本微晶表面上的C原子與活化氣體發(fā)生氧化反應(yīng)被燒失，使得打開的孔隙不斷擴大、貫通及向縱深發(fā)展。

    第三階段：形成新的孔隙。微晶表面C原子的燒失是不均勻的，同炭層平行方向的燒失速率高于垂直方向，微晶邊角和缺陷位置的C原子即活化位更易與活化氣體反應(yīng)，同時，隨著活化反應(yīng)的不斷進行，新的活性位暴露于微晶表面，新的活化點又能同活化氣進行反應(yīng)，微晶表面這種不均勻的燃燒不斷地導(dǎo)致新孔隙形成。

    隨著活化反應(yīng)的進行，孔隙不斷擴大，相鄰孔隙之間的孔壁被完全燒失而形成較大的孔隙，導(dǎo)致中孔和大孔孔容增加，從而形成了活性炭大孔、中孔和微孔相連接的孔隙結(jié)構(gòu)具有發(fā)達(dá)的比表面積。

上一條：柱狀活性炭的日常使用方法

下一條：活性炭在水族箱凈水系統(tǒng)中的應(yīng)用