活性炭的吸附能力是怎么来的?

活性炭的表面具有一定的化学结构,由于炭化过程中的高温使得母体芳香片边缘的化学键断裂,破坏了原本部分边缘碳原子具有的稳定的电子结构,导致这部分碳原子具有了未成对的电子,这些碳原子中的悬空键与杂原子(如H、N、O等)可形成表面基团,也有助于提高吸附性能。

当然,活性炭的吸附能力并不是与生俱来的,唤醒的方法叫作“活化”,目前常用的活化方法有物理活化方法和化学活化方法两种。物理活化法通常需要先在500 ℃的条件下将原材料碳化,之后继续升温并通入O2、水蒸气或CO2等气体活化剂进行活化。

该方法的优点是活化剂来源广泛且价格低廉,操作难度不大,易开展大规模生产;但是能耗大,反应需要的时间长并且产品性能一般。

化学活化法则是将化学试剂嵌入炭颗粒的内部,通过一系列的交联缩聚反应使得母体内部直接形成复杂的孔隙结构。化学活化可直接通过升温来进行活化并且耗时较短,但是后续需要清除加入的活化剂。

目前常用的活化剂有KOH、ZnCl2和H3PO4。该方法的优点便是产品性能好、活化率高,但是部分活化剂价格比较昂贵,对设备的要求较高,有些反应产物还可能引起环境污染。所以说,选择一个合适的活化方法对于活性炭尤为重要。当然,随着科技的发展,模板合成法、微波辅助活化法等新兴方法不断出现,传统活化法也在不断地改进,相信在不久的将来,活性炭家族会更加兴旺,到时候也会涌现出一批性能更好、更优质的活性炭。