活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)隨活化方法及活化條件的不同而異,根據(jù)國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(ⅣPAC)的分類,活性炭的孔徑可以分為3種:微孔半徑在2nm以下,中孔(過(guò)渡孔)半徑為2~50nm,大孔半徑為50-10000nm。
一般活性炭微孔的容積約為O.15-0.90m/g,其表面積占單位重量吸附劑總面積的95%以上,因此活性炭與其它吸附劑相比,具有微孔特別發(fā)達(dá)的特征,吸附量的大小在相當(dāng)程度上決定于微孔的多少。微孔占活性炭表面積的主要部分,是活性炭吸附微污染物的主要作用點(diǎn)。通常來(lái)講活性炭微孔數(shù)量的大小可以反映出活性炭吸附性能的優(yōu)劣,但是針對(duì)于水處理這種液相吸附而言,情況就不盡然。如果活性炭的孔徑匹配情況以微孔居多,那么它比較適合于氣相吸附及吸附液相中分子量、分子直徑較小的物質(zhì),如果中孔和大孑L比較發(fā)達(dá),則該炭更適合于吸附液相中分子量和分子直徑較大的物質(zhì)。
中孔的容積為O.02-0.10mL/g,表面積不超過(guò)單位重量吸附劑總面積的5%,但應(yīng)用特殊的方法,例如延長(zhǎng)活性炭的活化時(shí)間,減慢加溫速度或用藥劑活化時(shí),則可以得到中孔特別發(fā)達(dá)的活性炭。中孔(過(guò)渡孔)也具有一定的吸附和通道作用,由于水中有機(jī)物分子大小不同,所以活性炭對(duì)大分子有機(jī)物的吸附主要靠中孔完成,但是這也有可能會(huì)堵塞小分子溶質(zhì)進(jìn)入微孔的通道;
大孔的容積一般為0.2~0.5um,表面積只有0.5-2um。大孔的主要作用是為吸附質(zhì)的擴(kuò)散提供通道,吸附質(zhì)通過(guò)大孔再擴(kuò)散到過(guò)渡孔和微孔中去,吸附質(zhì)的擴(kuò)散速度往往受到大孔構(gòu)造、數(shù)量的影響;
在水處理中,被吸附物質(zhì)的分子直徑通常要比氣相吸附中被吸附物的分子直徑大得多,這時(shí)活性炭孔隙大小及匹配情況就成為了影響吸附性能的最主要因素之一。所以用于水處理的活性炭,要求中孔和大孔有適當(dāng)?shù)谋嚷?,達(dá)不到這一要求,有機(jī)物質(zhì)很難進(jìn)入微孔,活性炭的吸附性能也會(huì)由此而降低。
影響活性炭孔徑分布的主要因素是制炭原料及活化方式。例如:煤質(zhì)活性炭通常采用氣體活化法,產(chǎn)品的形狀以顆粒狀為主,其孔徑分布以微孔居多;木質(zhì)活性炭通常采用化學(xué)法活化,產(chǎn)品的形狀以粉狀為主,其孔徑分布可通過(guò)調(diào)節(jié)化學(xué)活化劑的配比來(lái)進(jìn)行控制,比較靈活,既可以制造出微孔容積較大的產(chǎn)品也可制造出中孔容積占較大比例的產(chǎn)品;以果殼類為原料制造的活性炭通常也采用氣體活化法,產(chǎn)品的形狀以顆粒狀為主,由于其特殊材質(zhì)的因素,孔徑分布介于上述兩類活性炭之間,因此應(yīng)用范圍更為廣泛。