活性炭吸附作用力是指吸附劑與吸附質(zhì)來間在棉量方面的相互作用，承相這種相互作用的是電子，在發(fā)生吸附時，隨翁巢附刑表面和吸附質(zhì)分子中性質(zhì)的不同，其相互作用的組合狀況也不同。相互作用分為5案，作敦分散力相互作用，偶極子榻互作用、氫鍵，修電吸引力有其價健。
指致分散力倫敦(1ondonF)發(fā)現(xiàn)的力，是5種相互作用力中弱的,伯救方普遍存在于原子和分子網(wǎng)，包括惰性似子、分子網(wǎng)也都存在，在活性炭吸附中也是非常重要的吸附作用力，由于其與在可見光和紫外光領(lǐng)域中的光分散有關(guān)，所以稱之為分散力。
除了倫敦分散力之外，偶極子相互作用也是一個相當(dāng)微弱的相互作用力。表面上電負(fù)性不同的原子化學(xué)結(jié)合在一起時，由于電角性的差異導(dǎo)致對電子吸引強(qiáng)弱的不同產(chǎn)生電子的偏移，電子向電負(fù)性較大的一邊集中分布。于是在相互結(jié)合的原子之間產(chǎn)生稱作偶極矩的極矩p=gr，在有這種偶極子的表面原子組或者有極性的表面官能團(tuán)與具有偶極子的分子之間，引發(fā)力的作用。這種力就叫做偶極子的相互作用，
氯鍵的強(qiáng)度一般為范德華力的5~10倍，其產(chǎn)生于一個氮原子與兩個以上的其他原子結(jié)合的過程中，通常，固體表面上多多少少存在一些類似于羧基,氨基，羥精等含有氫原子的極性官能團(tuán)，這些官能團(tuán)中的氮原子易與吸附分子申電負(fù)性大的氧，硫，氮等非其價電子對形成直線形的氮鍵。同樣，表面官能團(tuán)中的氧，氮、氟等原子中非其價電子對的存在，使其易與吸附分子的極性官能團(tuán)的氯原子形成無鍵。
靜電引力是很強(qiáng)的相互作用。目前對于產(chǎn)生電位的機(jī)理還不是太清楚，但即使固體，液體等是絕，接觸時表面仍會產(chǎn)生靜電，電量少卻能形成很強(qiáng)的電場。因此，這種老面經(jīng)常帶電的結(jié)果就使在發(fā)生吸附時產(chǎn)生了靜電引力。
表面能夠發(fā)生氧化、還原、分解等反應(yīng)的吸附劑，容易與吸附質(zhì)之間形成具價鏈，可產(chǎn)生非常強(qiáng)有力的吸附作用。
活性發(fā)涌過氧化，還原等手段進(jìn)行處理，改變其表面官能團(tuán)的性質(zhì)。比表面積的大小以及孔徑，但是由于置換基的種類以及濃度能夠改變表面的化學(xué)性質(zhì)及物理性質(zhì)，所以能夠從多種常劑、溶質(zhì)所組成的溶液中有選擇性地吸附某種南質(zhì)的表面),
催化劑提供一個高濃度的場所，有利于催化的進(jìn)行[23.24]。
活性炭的其他應(yīng)用
隨著研究的逐漸深入，活性炭在其他領(lǐng)域出現(xiàn)一些特殊的應(yīng)用，它的開發(fā)和利用給我們的生活帶來了許多積極的效果。
①藥用、醫(yī)用:活性炭作為高吸附材料，可以吸附藥物，口服進(jìn)入人體后緩釋藥物成分，降低服藥頻率;也可將活性炭用做劑和降血脂藥物等。如治療胃腸失調(diào)、腹部膿毒癥、血液過濾、血液滲析等用于吸附對于人體有害有毒的物質(zhì)。
②金屬的精選:如利用其與氫氧化鋁和氫氧化鐵混合物共同沉淀可以從海水中分離鈾。
③煙氣過濾凈化:香煙和煙斗的過濾嘴。
④分析技術(shù):如高真空技術(shù)中用來吸附痕量殘余氣體。⑤溫度控制:用來制造吸附恒溫器和獲取低溫。
⑥農(nóng)林種植:用于緩釋土壤中的農(nóng)肥和農(nóng)藥，改良土壤，調(diào)理土壤性能，提高土質(zhì)和地溫。
能源領(lǐng)域:用作儲氫材料，作為電池、超級電容器的電極材料。
工業(yè)分析，對于活性炭及其原料炭化物中所含有的揮發(fā)分?jǐn)?shù)量的測定，通常采用的方法是將試樣放在鉑金坩堝中，避免與空氣接觸，在900℃下加熱7min，求出加熱減量占原試樣的百分比，并從該百分比中減去同時進(jìn)行測定得到的水分值(干燥減量)以后，便得到試樣的揮發(fā)分含量，灰分(強(qiáng)熱殘分)的測定方法是將干燥過的試樣放在瓷坩堝中，并置于高溫電爐內(nèi)，將其溫度調(diào)至800~900℃對樣品進(jìn)行灰化，殘留物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為灰分，固定碳確定是以干燥試樣作為，減去灰分與揮發(fā)分所得到的數(shù)值，
通常的活性炭由于是在溫度為900℃以上制得的，所以揮發(fā)分很少。另一方面，炭化溫度對原料炭化物的揮發(fā)具有很大影響。實(shí)驗(yàn)表明，揮發(fā)分的含量隨著溫度的上升而減少，炭化反應(yīng)在500℃以下劇烈進(jìn)行，在600~700℃基本結(jié)束。固定碳含量在炭化反應(yīng)結(jié)束的700℃以上基本不會再增加，該變化基本上與揮發(fā)分相對應(yīng)，
灰分隨炭化得率的降低而增加?；曳质腔钚蕴吭线x擇方面的一個重要物標(biāo)。原料中的無機(jī)成分在炭化過程中幾乎不減少而后殘留于木炭中，原料中的灰分含量即使只有1%，活性炭的灰分含量也將達(dá)到10%。由于于灰分不具有吸附能力，因此該單位質(zhì)量的活性炭吸附能力要比灰分含量為零的活性炭的附能力下降10%左右。所以在活性炭的選擇過程中，盡可能選擇灰分含數(shù)量
活性炭是具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、比表面積大，選擇性吸附能力強(qiáng)的碳材料。在一定的條件下，對液體或氣體中的某一或某些物質(zhì)進(jìn)行吸附脫除、凈化、精制或回收，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的精制和環(huán)境的凈化。Rapheal von Ostrejko 于1900年申請了英國專利B.P.14224和B.P,18040，研究開發(fā)了CO:或者水蒸氣活化反應(yīng)生產(chǎn)具有吸附能力的活性炭，并且成功應(yīng)用于防毒面具中。1911年，奧地利的Fanto公司和荷蘭Norit公司生產(chǎn)糖液脫色用粉狀活性炭，時至今日，活性炭已廣泛應(yīng)用于軍工、化工、食品、輕工、醫(yī)藥、制藥、環(huán)保和水處理等工業(yè)和生活的各個方面。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，活性炭已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè)、生態(tài)環(huán)境和人們生活中不可或缺的炭質(zhì)吸附材料
活性炭主要是以木炭、木屑、各種果殼(椰子殼、杏殼、核桃殼等)、煤炭和石油焦等高含碳物質(zhì)為原料，經(jīng)炭化活化而制得的多孔性吸附劑。活性炭基本上是非結(jié)晶性物質(zhì)，它由微細(xì)的石墨狀結(jié)晶和將它們聯(lián)系在一起的碳?xì)浠衔锊糠謽?gòu)成。其固體部分之間的間隙形成孔隙，賦予活性炭所特有的吸附性能[]活性炭的主要特征和用途
一、物理結(jié)構(gòu)與分類
物理結(jié)構(gòu)
活性炭的基本晶體結(jié)構(gòu)活性炭是以碳為主要成分的吸附材料、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既不像石墨，金剛石那樣具有碳原子按一定規(guī)律排列的分子結(jié)構(gòu)，又不像一般炭化物那樣具有復(fù)雜的大分子結(jié)構(gòu)，一般認(rèn)為活性炭是由類似石墨的碳。
間歇法的平板爐和連續(xù)法的回轉(zhuǎn)爐是生產(chǎn)氯化鋅法粉狀活性炭的主體設(shè)備、平板爐法具有設(shè)備簡單、投資少、上馬快等優(yōu)點(diǎn)，是國內(nèi)早期氯化鋅法活性炭的主體設(shè)備。但此法存在手工操作多、勞動強(qiáng)度大、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，導(dǎo)致了此法目前已被淘汰?；剞D(zhuǎn)爐法具有生產(chǎn)能力大、機(jī)械化程度高、產(chǎn)品質(zhì)量較穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是目前國內(nèi)外氯化鋅法活性炭的主體設(shè)備，工藝難點(diǎn)在于尾氣處理和氯化鋅回收方面，國內(nèi)尚未有成熟的工藝，日本已實(shí)現(xiàn)環(huán)保排放達(dá)標(biāo)生產(chǎn)。
1.工藝流程
連續(xù)法生產(chǎn)粉狀活性炭的工藝流程，一般由木屑篩選和干燥、氯化鋅溶液配制、配料(或浸漬)、炭活化、回收、漂洗(包括酸處理和水洗)、脫水、干燥與磨粉等工序組成。另外附設(shè)的廢氣處理系統(tǒng)，以回收煙氣中的氯化鋅和鹽酸，減少對環(huán)境的污染。常用的生產(chǎn)工藝流程見圖2-6 和圖2-7.
2工藝操作
(1)木屑的篩選與干燥為了產(chǎn)品的質(zhì)量和工藝操作穩(wěn)定，并降低超細(xì)顆粒在后續(xù)回收工段過濾流失導(dǎo)致的活化劑的浪費(fèi)，用振動篩或滾筒篩對木屑進(jìn)行初步篩選，選取0.425~3.35mm的木屑顆粒，除去雜物(如板皮、鐵展、泥砂、石塊等)，以免造成堵塞，增加回收、漂洗工序中的負(fù)荷、影響產(chǎn)品質(zhì)量。
篩選后的木屑含水率一般在45%~60%，此時水分過高會影響配料工序段化學(xué)活化劑的滲透，因此需要進(jìn)一步干燥控制工藝需要的水分含量。北方由于氣候干燥，雨水少，一些中小工廠常利用自然風(fēng)干方法干燥木屑，木屑進(jìn)行機(jī)械于燥時，一般在氣流式干燥器中或回轉(zhuǎn)干燥器中進(jìn)行干燥。
在活性炭的實(shí)際生產(chǎn)過程中常使用的活化氣體是以CO2、HO和O,為主要成分的煙道氣。H:O與碳的吸熱反應(yīng)可有效防止碳與O:反應(yīng)時溫度急膜升高而產(chǎn)生局部過熱的現(xiàn)象，反過來碳與0:的反應(yīng)又可以維持活化溫度，因此只要混合氣體里各成分比例合適，便可以有效地穩(wěn)定活化溫度，使活化反應(yīng)均勻進(jìn)行。此外也有觀點(diǎn)認(rèn)為原料中含有不同的活化位點(diǎn)，這些活化位點(diǎn)對于不同的活化氣體的反應(yīng)活性也不一樣，有的更易與水蒸氣反應(yīng)，有的更易與 CO:反應(yīng)，因此采用混合氣體更有利于制備活性炭。但值得注意的是有研究表明原料中若鉀含量較高則會在含氧的混合氣體中發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)而不是活化，這是因?yàn)榘ㄢ浽趦?nèi)的一些金屬化合物對于氣體活化有催化加速作用。、超臨界活
超臨界水是指氣壓和溫度達(dá)到一定值時，因高溫而膨脹的水的密度和因高壓而被壓縮的水蒸氣的密度正好相同時的水。此時液態(tài)水和氣態(tài)水沒有區(qū)別，完全交融在一起，成為一種新的呈現(xiàn)高壓高溫狀態(tài)的液體。超臨界水具有很強(qiáng)的反應(yīng)活性和廣泛的融合能力。西班牙學(xué)者Salvador等用超臨界狀態(tài)水(T。374℃，p.=22.1MPa)取代水蒸氣對木炭、煤、果殼等原料進(jìn)行了活化處理，發(fā)現(xiàn)超臨界水的活化效果優(yōu)于水蒸氣，例如反應(yīng)速率提升，活化更均勻[4)。然而超臨界水與碳反應(yīng)的動力學(xué)、反應(yīng)選擇性及造孔機(jī)理等到目前為止均未有深入的研究，蔡瓊等以酚醛樹脂為原料，對比了超臨界水和水蒸氣活化效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明超臨界水活化利于中孔的大量形成，而水蒸氣則利于微
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