活性炭的主要成分
1、碳（C）
主要成分：活性炭中碳的含量通常在80%到95%之間，具體比例取決于原料和制備工藝。
結構：活性炭具有高度發達的微孔、中孔和大孔結構，這些孔隙提供了巨大的比表面積，使其成為高效的吸附劑。
2、灰分
定義：灰分是指活性炭中除碳以外的無機物質，主要包括金屬氧化物和其他礦物質。
來源：灰分來源于原料中的無機雜質以及制備過程中引入的無機物質。
常見元素：常見的灰分元素包括鈣（Ca）、鎂（Mg）、鐵（Fe）、鉀（K）、鈉（Na）、硅（Si）、鋁（Al）等。
影響：灰分含量對活性炭的性能有一定影響。高灰分含量可能降低活性炭的吸附能力和機械強度。
3、揮發分
定義：揮發分是指在高溫下可以揮發出來的有機物質。
來源：揮發分主要來源于原料中的有機化合物，在炭化過程中未完全分解。
影響：揮發分的存在可能會影響活性炭的熱穩定性和吸附性能。
4、水分
定義：水分是指活性炭中含有的自由水和結合水。
來源：水分可以來自原料本身或制備過程中的殘留水分。
影響：水分的存在會占據活性炭的部分孔隙，降低其有效比表面積和吸附能力。因此，在使用前通常需要進行干燥處理。
5、表面官能團
定義：表面官能團是指活性炭表面存在的各種化學基團，如羧基（-COOH）、羥基（-OH）、羰基（>C=O）等。
來源：表面官能團可以通過原料本身的化學性質或在活化過程中通過化學反應形成。
影響：表面官能團對活性炭的吸附性能有重要影響。例如，某些官能團可以增強對特定物質的吸附能力，而其他官能團可能減弱吸附效果。
活性炭的吸附原理
1、物理吸附（范德華力）
定義：物理吸附是通過范德華力（分子間吸引力）實現的，這是一種較弱的非共價相互作用。
過程：當氣體或液體中的分子接觸到活性炭表面時，由于范德華力的作用，這些分子會被吸附在活性炭的孔隙中。
特點：吸附過程通常是可逆的，即被吸附的物質可以通過改變條件（如溫度、壓力）而重新釋放。物理吸附不涉及化學反應，因此不會改變被吸附物質的化學性質。適用于吸附小分子物質，如有機溶劑、異味分子等。
2、化學吸附
定義：化學吸附是通過形成化學鍵實現的，這種吸附通常比物理吸附更強。
過程：某些活性炭經過特定處理（如氧化、還原等），表面會形成活性位點，這些位點可以與特定的分子發生化學反應，形成化學鍵。
特點：化學吸附通常是不可逆的，因為形成了新的化學鍵。適用于吸附特定的化學物質，如重金屬離子、某些有機污染物等。可以通過表面改性來增強對特定物質的吸附能力。
3、孔隙結構
微孔：直徑小于2納米，提供巨大的比表面積，主要負責物理吸附。
中孔：直徑在2到50納米之間，有助于擴散和傳輸大分子。
大孔：直徑大于50納米，作為通道，幫助液體或氣體進入內部的微孔和中孔。
活性炭有什么結構
1、基本構成
活性炭是由已石墨化的活性炭微晶和活性炭原料中未石墨化的非晶炭質構成活性炭的基本炭質，并由這些炭質與炭微晶相互連接構筑成活性炭的塊體和空隙結構。活性炭通常被認為是無定形炭，又被認為是屬于微晶類的炭系。
2、孔隙結構
活性炭的孔隙結構是其吸附性能的關鍵所在。活性炭的孔隙結構發達，包括微孔、中孔和大孔三類：
微孔：直徑小于2nm，是活性炭中數量最多、分布最廣的孔隙。微孔的比表面積占活性炭總比表面積的95%以上，對活性炭的吸附容量起著決定性的作用。微孔主要吸附小分子氣態物質，如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、己醛、醋酸丁酯等。
中孔：直徑在2~50nm之間，中孔比表面積占活性炭總比表面積的5%左右。中孔是較大分子的吸附位，可以吸附大分子物質，如多環芳烴、染料等，同時中孔還可以負載催化劑、凈化工業廢水等。
大孔：直徑大于50nm，大孔的比表面積一般不超過0.5m2/g，僅僅是吸附質分子到達微孔和中孔的通道，對吸附過程影響不大。
3、石墨微晶結構
X射線衍射分析表明，活性炭的結構中包含有石墨微晶，這些微粒是尺寸為13nm的結晶。活性炭與石墨的基本結構類似，但在層片大小、層面內碳原子的六角形排列的完善度、平面化程度以及層間距等方面與石墨比較存在著不同程度的差異。活性炭的微晶結構不同于石墨的微晶結構，其微晶結構的層間距在0.340.35nm之間，間隙大，即使溫度高達2000℃以上也難以轉化為石墨，這種微晶結構稱為非石墨微晶，絕大部分活性炭屬于非石墨結構。
4、表面化學性質
活性炭表面也有一定的化學結構，其吸附性能不僅取決于活性炭的物理（孔隙）結構，而且還取決于活性炭表面的化學結構。在活性炭制備過程中，炭化階段形成的芳香片的邊緣化學鍵斷裂形成具有未成對電子的邊緣碳原子。這些邊緣碳原子具有未飽和的化學鍵，能與諸如氧、氫、氮和硫等雜環原子反應形成不同的表面基團，這些表面基團的存在會影響到活性炭的吸附性能。活性炭表面基團分為酸性、堿性和中性3種，這些表面基團的存在影響了活性炭的吸附選擇性。
