活性炭結構及分子作用

1、依靠自身獨特的孔隙結構  活性炭是一種主要由含碳材料制成的外觀呈黑色，內部孔隙結構發達、比表面積大、吸附能力強的一類微晶質碳素材料。活性炭材料中有大量肉眼看不見的微孔，1克活性炭材料中微孔，將其展開后表面積可高達800－1500平方米，特殊用途的更高。也就是說，在一個米粒大小的活性炭顆粒中，微孔的內表面積可能相當于一個客廳面積的大小。正是這些高度發達，如人體毛細血管般的孔隙結構，使活性炭擁有了優良的吸附性能。  、

2、分子之間相互吸附的作用力  也叫“凡德瓦引力”。 雖然分子運動速度受溫度和材質等原因的影響，但它在微環境下始終是不停運動的。由于分子之間擁有相互吸引的作用力，當一個分子被活性炭內孔捕捉進入到活性炭內孔隙中后，由于分子之間相互吸引的原因，會導致更多的分子不斷被吸引，直到添滿活性炭內孔隙為止。 

活性炭脫附的幾種方法

（1）升溫脫附。物質的吸附量是隨溫度的升高而減小的，將吸附劑的溫度升高，可以使已被吸附的組分脫附下來，這種方法也稱為變溫脫附，整個過程中的溫度是周期變化的。微波脫附是由升溫脫附改進的一種技術，微波脫附技術已應用于氣體分離、干燥和空氣凈化及廢水處理等方面。在實際工作中，這種方法也是最常用的脫附方法。

（2）減壓脫附。物質的吸附量是隨壓力的升高而升高的，在較高的壓力下吸附，降低壓力或者抽真空，可以使吸附劑再生，這種方法也稱為變壓吸附。此法常常用于氣體脫附。

（3）沖洗脫附。用不被吸附的氣體(液體)沖洗吸附劑，使被吸附的組分脫附下來。采用這種方法必然產生沖洗劑與被吸附組分混合的問題，需要用別的方法將它們分離，因此這種方法存在多次分離的不便性。

（4）置換脫附。置換脫附的工作原理是用比被吸附組分的吸附力更強的物質將被吸組分置換下來。其后果是吸附劑上又吸附了置換上去的物質，必須用別的方法使它們分離。例如，活性炭對Ca2+、C1-有一定的吸附能力，這些離子占據了吸附活性中心，可對活性炭吸附無機單質或有機物產生不利影響。因此，用活性炭吸附待分離溶液中的物質后，選用CaCl2作為脫附劑可降低活性炭對吸附質的吸附穩定性，從而達到降低脫附活化能的目的。

（5）磁化脫附。由于單分子水的性質比簇團中的水分子活潑得多，能充分顯示它的偶極子特性，從而使水的極性增強。預磁處理能增大水的極性，這就能充分解釋經過預磁處理后活性炭的吸附容量減小的現象。當磁場強度增大時，分離出的單個水分子越多，則阻礙作用就越大，從而吸附容量減小得也就越多。活性炭本身為非極性物質，活性炭的表面由于活化作用而具有氧化物質，且吸附劑是在濕空氣條件下活化而成，它使活性炭的表面氧化物質以酸性氧化物占優勢，從而使活性炭具有極性，能夠吸附極性較強的物質。由于這些帶極性的基團易于吸附帶極性的水，從而阻礙了吸附劑在水溶液中吸附非極性物質。這種方法常用于溶液中對吸附質的脫附。

（6）超聲波脫附。超聲波(場)是通過產生協同作用來改變吸附相平衡關系的，在超聲波(場)作用下的吸附體系中添加第三組分后，體系相平衡關系朝固相吸附量減少方向移動的程度大于在常規條件下的吸附體系。根據超聲波的作用原理推測，可能是因為第三組分改變了流體相的極性，增加了空化核的表面張力，使得微小氣核受到壓縮而發生崩潰閉合周期縮短的現象，從而產生更強烈的超聲空化作用。因此，在用活性炭吸附待分離溶液中的物質后，可以用超聲波(場)產生協同作用來改變吸附相平衡關系，降低活性炭對吸附質的吸附穩定性，從而達到降低脫附化能的目的。

活性炭吸附法脫氮是用活性炭作吸附劑吸附去除尾氣中NOX的技術。活性炭能吸附NO2，還能促進NO氧化成NO2。特定品種的活性炭還可使NOX還原為N2。活性炭可定期用堿液再生。NOX尾氣中氮含量大有利于吸附；水分的存在亦有利于吸附，濕度大于50%時，這種影響更為顯著。活性炭吸附法可同時脫附尾氣中的硫氧化物。在300℃以上活性炭有自燃的可能，給吸附和再生造成困難，限制了它的應用。