活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)

　　與活性炭吸附性能最直接的因素是表面的氧化物復(fù)體的性能?；钚蕴康慕Y(jié)構(gòu)、其化學(xué)組成甚至活化方式都可以引起或改變活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)，從而引起吸附性能的變化。

　　從活性炭本身的結(jié)構(gòu)來說，活性炭的分子化學(xué)結(jié)構(gòu)由基本微晶構(gòu)成，在二維空間與石墨類似，由呈六角形的碳原子平行層片組成，在高溫活化時，由于燒卻等原因，形成晶格缺陷，出現(xiàn)晶格歪扭或不完整，邊角上的碳原子存在剩余價健或不成對電子，因而使該點碳原子由于共價鍵的不飽和而有更大的反應(yīng)趨勢。一般來說表面氧化物分為酸性和堿性官能團兩大類。酸性官能團包括：羧基、酚羥基、內(nèi)酯基、醇基、酮基、醚基等，如下圖所示：

　　這些官能團使活性炭具有一定的化學(xué)吸著能力。并使活性炭表面可以進行鹵化、氫化、氧化等作用以及在許多反應(yīng)中起催化作用，從而增強活性炭的吸附性能。

　　從活性炭的化學(xué)組成以及加工方式來說，活性炭有5％-20％的重量由非炭物質(zhì)所組成，這其中主要包括了金屬元素和一些氧化物、含氧官能團。活性炭中金屬元素所占成分的多少主要由加工活性炭的原材料決定，例如煤質(zhì)炭所含的金屬元素就稍比木質(zhì)炭多一些?；钚蕴恐谢曳莺推渌s原子的存在使活性炭的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷和不飽和價，氧和其它雜原子吸著于這些缺陷上，形成了部分氧化物或含氧官能團，其含量主要決定于制造活性炭的原材料、活化溫度以及活化過程中與炭化產(chǎn)物與氧氣的接觸情況。另外，采用化學(xué)法活化的活性炭還經(jīng)常會有一些活化藥劑殘留在活性炭表面并與之結(jié)合，這些因素都會引起活性炭表面極性的變化，使活性炭帶有一定的弱極性。因而由于表面化學(xué)特性的作用，活性炭不僅可以去除水中的非極性吸附質(zhì)，還可以去除一些極性吸附質(zhì)，甚至是某些微量的金屬離子及其化合物?；钚蕴勘砻嫜趸锏某煞种饕芑罨^程影響。在400度左右的溫活化時，主要形成羧基、醇基、羚基等酸性官能團，隨著活化溫度的升高，酸性官能團越來越少，而羥基、醚基等堿性官能團逐漸增加。當(dāng)活化溫度達到850℃時，羧基等酸性官能團完全消失，而羥基等堿性官能團達到最大值。活化溫度超過850℃時，堿性官能團略有減少，酸性官能團略有增加。我國活性炭多在900℃左右的溫度下活化，所以活性炭表面含氧官能團主要是堿性官能團。這些官能團在水溶液中發(fā)生離解，使活性炭表面具有某些陽離子特性，極性增強，與水中酸性物質(zhì)結(jié)合，形成活性炭物理化學(xué)吸附的又一特點。