棕榈壳制备活性炭的工艺研究(3)

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1.5活性炭的结构

活性炭一种以碳元素为主组成的多孔物质，具有类似石墨的层状晶体结构，称为石墨微晶。活性炭微晶石墨片层与层间的角位移是紊乱的，各层不规律地相互重叠，这种结构称为乱层结构。这种错综复杂的地堆放、排列，晶体之间形成了形状各异、大小不同的孔隙，从而导致活性炭孔隙结构的多样性。活性炭的孔隙结构内有微小的毛细管，这些毛细管具有强大的虹吸能力，大大提高了活性炭对气相和液相物质的吸附能力。研究表明活性炭吸附能力的大小与孔径有关，微孔对孔容和比表面积的贡献很大，在活性炭的吸附过程中起着决定性的作用，中孔决定了吸附速度，为了吸附分子提供进入微孔的通道，又能在一定的相对压力条件下发生毛细凝结，直接吸附某些不能进入微孔的大分子；而大孔主要充当吸附分子进入微孔内部吸附的通道。吸附剂孔径与吸附质分子直径之间存在一个合适的匹配关系，当分子尺度大于活性炭炭孔径时，因分子筛作用使得分子无法进入孔隙，吸附效果较差；当分子尺寸与活性炭孔径接近时，活性炭对分子的吸附能力较强。活性炭的吸附能力不仅取决于孔结构等物理特性，还跟其表面化学特性也有很大的关系。活性炭的表面官能团主要包括含氧官能团和含氮官能团，其中氧元素比其它元素易于被化学吸附，在活性炭的活性位上一形成表面含氧官能团。表面含氧官能团是活性炭上的主要活性位，这些官能团有利于增强活性炭的极性，提高对极性分子的吸附能力。

1.6活性炭研究技术的发展趋势

活性炭在传统领域比如环保、催化剂和食物提纯等方面有重要性的发挥。将活性炭与膜分离、储能、分析传感器、化工分离和生物机体联系起来，这些新的研究领域为活性炭提供了新的发展方向，也对其有了新的要求。活性炭规整孔径分布调控及其应用研究已成为当今炭材料研究的前沿和热点之一。在制备比表面积活性炭的同时对其孔结构进行定向调控，不仅有助于活性炭理论体系的丰富和完善，而且有助于进一步拓展活性炭的专业应用途径。活性炭孔径尺寸分布和数量直接影响了活性炭的吸附能力，研究定向调控活性炭的孔径分布，增加其功能吸附作用，形成活性炭独特的用途，已得到广大科学工作者的极大关注。中孔活性炭因具有较大的孔径和孔容，使其更适合催化剂和药物载体、发酵液中天然大分子色素等液相吸附；微孔径活性炭因具有较窄的孔径和超高比表面积，适于做高容量电容器电极材料及甲醛、天然气、二氧化碳等气想吸附领域中的多孔材料。因此，活性炭微结构定向调控制备孔径分布集中有序的功能吸附材料是活性炭制备技术的发展趋势。

1.7制备活性炭的原理和主要方法

活性炭在实验过程中要经过原料的筛选、原料的炭化、碳化料的活化等步骤。虽然制备活性炭的各个过程选用方法都不一致，但是原理都大同小异。炭化指生物质在缺氧或贫氧条件下，以制备相应的炭材为目的炭的一种热解技术化。炭化过程是在一定温度下原料在氮气或者氦气的保护下防止氧化，为了有效的去除原理中的非碳原子（实验选取的温度在400～600之间）。在一定温度和时间下反应，碳化过程中原材料中水和挥发性成分脱离出来，分解非碳物质和富集碳物质，原料重量大幅度，得到了适宜的活化的初始孔隙和具备一定强度的的炭化料。制备活性炭的中的炭化原理都大概相同，使原料中的含碳成分转变成无定形碳，从而获得较大的比表面积，以便下一步活化让它获得更大的比表面积。在下一步的活化过程中是在炭化的基础下进一步增加炭化料表面微孔的数量，但有些微孔还是会变成中孔或者大孔。活性炭的比表面积、孔容等与选取的原料、炭化条件、活化方法、活化条件等密切相关。制备活性炭的活化方法大致分为三种:物理活化、化学活化法和物理化学联合活化法，还有其它新型的制备方法。