活性炭結(jié)構(gòu)及分子作用

1、依靠自身獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)  活性炭是一種主要由含碳材料制成的外觀呈黑色，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)、比表面積大、吸附能力強(qiáng)的一類微晶質(zhì)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(dá)800－1500平方米，特殊用途的更高。也就是說，在一個(gè)米粒大小的活性炭顆粒中，微孔的內(nèi)表面積可能相當(dāng)于一個(gè)客廳面積的大小。正是這些高度發(fā)達(dá)，如人體毛細(xì)血管般的孔隙結(jié)構(gòu)，使活性炭擁有了優(yōu)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(yùn)動(dòng)速度受溫度和材質(zhì)等原因的影響，但它在微環(huán)境下始終是不停運(yùn)動(dòng)的。由于分子之間擁有相互吸引的作用力，當(dāng)一個(gè)分子被活性炭內(nèi)孔捕捉進(jìn)入到活性炭內(nèi)孔隙中后，由于分子之間相互吸引的原因，會(huì)導(dǎo)致更多的分子不斷被吸引，直到添滿活性炭內(nèi)孔隙為止。 

活性炭脫附的幾種方法

（1）升溫脫附。物質(zhì)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(gè)過程中的溫度是周期變化的。微波脫附是由升溫脫附改進(jìn)的一種技術(shù)，微波脫附技術(shù)已應(yīng)用于氣體分離、干燥和空氣凈化及廢水處理等方面。在實(shí)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(zhì)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(chǎn)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(qiáng)的物質(zhì)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(zhì)，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(jù)了吸附活性中心，可對活性炭吸附無機(jī)單質(zhì)或有機(jī)物產(chǎn)生不利影響。因此，用活性炭吸附待分離溶液中的物質(zhì)后，選用CaCl2作為脫附劑可降低活性炭對吸附質(zhì)的吸附穩(wěn)定性，從而達(dá)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(zhì)比簇團(tuán)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(qiáng)。預(yù)磁處理能增大水的極性，這就能充分解釋經(jīng)過預(yù)磁處理后活性炭的吸附容量減小的現(xiàn)象。當(dāng)磁場強(qiáng)度增大時(shí)，分離出的單個(gè)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(zhì)，活性炭的表面由于活化作用而具有氧化物質(zhì)，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(zhì)以酸性氧化物占優(yōu)勢，從而使活性炭具有極性，能夠吸附極性較強(qiáng)的物質(zhì)。由于這些帶極性的基團(tuán)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(zhì)。這種方法常用于溶液中對吸附質(zhì)的脫附。

（6）超聲波脫附。超聲波(場)是通過產(chǎn)生協(xié)同作用來改變吸附相平衡關(guān)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(guān)系朝固相吸附量減少方向移動(dòng)的程度大于在常規(guī)條件下的吸附體系。根據(jù)超聲波的作用原理推測，可能是因?yàn)榈谌M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(fā)生崩潰閉合周期縮短的現(xiàn)象，從而產(chǎn)生更強(qiáng)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(zhì)后，可以用超聲波(場)產(chǎn)生協(xié)同作用來改變吸附相平衡關(guān)系，降低活性炭對吸附質(zhì)的吸附穩(wěn)定性，從而達(dá)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(shù)。活性炭能吸附NO2，還能促進(jìn)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(shí)，這種影響更為顯著。活性炭吸附法可同時(shí)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(yīng)用。