粉狀活性炭孔隙結(jié)構(gòu)
由于粉狀活性炭有豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，形成了粉狀活性炭巨大的比表面積，使粉狀活性炭具有吸附氣體和液體分子的能力，因此粉狀活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)對粉狀活性炭的吸附性能有非常重要的影響。作為多孔吸附劑的粉狀活性炭基本上是非結(jié)晶性物質(zhì)，它是由微細的石墨狀微晶和將它們連接在一起的碳氫化合物部分構(gòu)成的，其固體部分之間的間隙形成孔隙，賦予粉狀活性炭所特有的吸附性能。
粉狀活性炭碳原子具有2s2 、 2p2兩種價電子，化學結(jié)合時形成sp、 sp2、sp3三種混合軌道。特別是構(gòu)成粉狀活性炭的基本結(jié)構(gòu)單元的結(jié)構(gòu)，是由sp2雜化軌道所形成的、結(jié)合角為120°的平面的一種二元格結(jié)構(gòu)。由這樣排列的碳原子所形成的基底面規(guī)則性地積層結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的三元結(jié)晶稱為石墨[3]。但是，構(gòu)成粉狀活性炭孔壁的碳索固體雖然
叫做粉狀活性炭石墨狀微晶，二元格子卻沒有采取石墨那樣規(guī)則性的積層結(jié)構(gòu)，而形成是亂層結(jié)構(gòu)，即粉狀活性炭內(nèi)部碳結(jié)構(gòu)不存在嚴格意義上的三元性規(guī)則結(jié)構(gòu)。結(jié)晶的本來定義是原子具有三元空間性規(guī)則排列結(jié)構(gòu)的固體，粉狀活性炭孔壁中的固體并非由純粹的晶態(tài)石墨組成。通常所有的碳質(zhì)吸附劑都屬于非石墨化碳。由于粉狀活性炭為非晶質(zhì)固體，其孔隙的成因、起源、形狀以及細孔間結(jié)構(gòu)的千差萬別，因此，使得對非晶質(zhì)固體炭吸附材料的孔隙解釋非常困難。
粉狀活性炭具有的吸附性能主要決定于其多孔性結(jié)構(gòu)。粉狀活性炭中具有各種孔隙，不同的孔徑能夠發(fā)揮出與其相應(yīng)的機能。國際純粹與
應(yīng)用化學聯(lián)合會（IUPAC 1972)依據(jù)不同尺寸孔隙中分子吸附的不同，將孔分為三類：u'〉50mn的為大孔；2mn<w<50nm的為中孔；u;<2mn的為微孔。但實際上這樣的劃分帶有相當?shù)闹饔^性和武斷性，因為吸附過程或填充過程不僅依賴于孔隙形態(tài)，而且受吸附質(zhì)性能以及吸附質(zhì)-吸附劑間相互作用的彫響。
孔結(jié)構(gòu)和孔形狀對于吸酎都有很大影響，微孔碳結(jié)構(gòu)中存在的幾種孔隙：開孔型、部分閉孔型和間充籠型。如圖1-1所示C4，5]。由于特殊的碳結(jié)構(gòu).使得碳質(zhì)吸附劑的孔隙具有狹縫型的特征，這與其他類型吸附劑的孔隙有明顯的區(qū)別：如苯分子（一種片狀分子）可以被孔隙尺寸為0.4nm的炭分子篩（Carbon Molecular Sieve, CMS)吸附而不被孔隙尺寸為0. 4nm的沸石所吸附；CMS
烷（這兩種分子將不能進人狹縫型孔隙）。圖1-,2比較了碳質(zhì)吸附劑的孔隙與沸石孔隙的差異,
按照分子尺度和吸附劑之間的關(guān)系所劃分的吸附狀態(tài)主要有4種[7]：
① 分子尺度〉細孔直徑時，因分子篩作用，分子無法進人孔隙，故不起吸附作用；
② 分子尺度約等于細孔直徑時，分子直徑與細孔直徑相當，吸附劑對吸附分子的捕捉能力非常強，適于極低濃度下的吸附！
③ 分子尺度<細孔直徑時，吸附質(zhì)分子在細孔內(nèi)發(fā)生毛細凝聚,吸附量大;
④ 分子尺度《細孔直徑時，吸附的分子容易發(fā)生脫附，脫附速度快，但低濃度下的吸附量小，
通常研究的微孔粉狀活性炭吸附劑的微孔的實際尺度應(yīng)與氣相吸附分子尺度相當或小于微孔徑。
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