活性炭吸附作用力是指吸附劑與吸附質(zhì)來間在棉量方面的相互作用,承相這種相互作用的是電子,在發(fā)生吸附時,隨翁巢附刑表面和吸附質(zhì)分子中性質(zhì)的不同,其相互作用的組合狀況也不同。相互作用分為5案,作敦分散力相互作用,偶極子榻互作用、氫鍵,修電吸引力有其價健。
指致分散力倫敦(1ondonF)發(fā)現(xiàn)的力,是5種相互作用力中弱的,伯救方普遍存在于原子和分子網(wǎng),包括惰性似子、分子網(wǎng)也都存在,在活性炭吸附中也是非常重要的吸附作用力,由于其與在可見光和紫外光領(lǐng)域中的光分散有關(guān),所以稱之為分散力。
除了倫敦分散力之外,偶極子相互作用也是一個相當(dāng)微弱的相互作用力。表面上電負(fù)性不同的原子化學(xué)結(jié)合在一起時,由于電角性的差異導(dǎo)致對電子吸引強(qiáng)弱的不同產(chǎn)生電子的偏移,電子向電負(fù)性較大的一邊集中分布。于是在相互結(jié)合的原子之間產(chǎn)生稱作偶極矩的極矩p=gr,在有這種偶極子的表面原子組或者有極性的表面官能團(tuán)與具有偶極子的分子之間,引發(fā)力的作用。這種力就叫做偶極子的相互作用,
氯鍵的強(qiáng)度一般為范德華力的5~10倍,其產(chǎn)生于一個氮原子與兩個以上的其他原子結(jié)合的過程中,通常,固體表面上多多少少存在一些類似于羧基,氨基,羥精等含有氫原子的極性官能團(tuán),這些官能團(tuán)中的氮原子易與吸附分子申電負(fù)性大的氧,硫,氮等非其價電子對形成直線形的氮鍵。同樣,表面官能團(tuán)中的氧,氮、氟等原子中非其價電子對的存在,使其易與吸附分子的極性官能團(tuán)的氯原子形成無鍵。
靜電引力是很強(qiáng)的相互作用。目前對于產(chǎn)生電位的機(jī)理還不是太清楚,但即使固體,液體等是絕,接觸時表面仍會產(chǎn)生靜電,電量少卻能形成很強(qiáng)的電場。因此,這種老面經(jīng)常帶電的結(jié)果就使在發(fā)生吸附時產(chǎn)生了靜電引力。
表面能夠發(fā)生氧化、還原、分解等反應(yīng)的吸附劑,容易與吸附質(zhì)之間形成具價鏈,可產(chǎn)生非常強(qiáng)有力的吸附作用。
活性發(fā)涌過氧化,還原等手段進(jìn)行處理,改變其表面官能團(tuán)的性質(zhì)。比表面積的大小以及孔徑,但是由于置換基的種類以及濃度能夠改變表面的化學(xué)性質(zhì)及物理性質(zhì),所以能夠從多種常劑、溶質(zhì)所組成的溶液中有選擇性地吸附某種南質(zhì)的表面),
催化劑提供一個高濃度的場所,有利于催化的進(jìn)行[23.24]。
活性炭的其他應(yīng)用
隨著研究的逐漸深入,活性炭在其他領(lǐng)域出現(xiàn)一些特殊的應(yīng)用,它的開發(fā)和利用給我們的生活帶來了許多積極的效果。
①藥用、醫(yī)用:活性炭作為高吸附材料,可以吸附藥物,口服進(jìn)入人體后緩釋藥物成分,降低服藥頻率;也可將活性炭用做劑和降血脂藥物等。如治療胃腸失調(diào)、腹部膿毒癥、血液過濾、血液滲析等用于吸附對于人體有害有毒的物質(zhì)。
②金屬的精選:如利用其與氫氧化鋁和氫氧化鐵混合物共同沉淀可以從海水中分離鈾。
③煙氣過濾凈化:香煙和煙斗的過濾嘴。
④分析技術(shù):如高真空技術(shù)中用來吸附痕量殘余氣體。⑤溫度控制:用來制造吸附恒溫器和獲取低溫。
⑥農(nóng)林種植:用于緩釋土壤中的農(nóng)肥和農(nóng)藥,改良土壤,調(diào)理土壤性能,提高土質(zhì)和地溫。
能源領(lǐng)域:用作儲氫材料,作為電池、超級電容器的電極材料。
在活性炭的實際生產(chǎn)過程中常使用的活化氣體是以CO2、HO和O,為主要成分的煙道氣。H:O與碳的吸熱反應(yīng)可有效防止碳與O:反應(yīng)時溫度急膜升高而產(chǎn)生局部過熱的現(xiàn)象,反過來碳與0:的反應(yīng)又可以維持活化溫度,因此只要混合氣體里各成分比例合適,便可以有效地穩(wěn)定活化溫度,使活化反應(yīng)均勻進(jìn)行。此外也有觀點認(rèn)為原料中含有不同的活化位點,這些活化位點對于不同的活化氣體的反應(yīng)活性也不一樣,有的更易與水蒸氣反應(yīng),有的更易與 CO:反應(yīng),因此采用混合氣體更有利于制備活性炭。但值得注意的是有研究表明原料中若鉀含量較高則會在含氧的混合氣體中發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)而不是活化,這是因為包括鉀在內(nèi)的一些金屬化合物對于氣體活化有催化加速作用。、超臨界活
超臨界水是指氣壓和溫度達(dá)到一定值時,因高溫而膨脹的水的密度和因高壓而被壓縮的水蒸氣的密度正好相同時的水。此時液態(tài)水和氣態(tài)水沒有區(qū)別,完全交融在一起,成為一種新的呈現(xiàn)高壓高溫狀態(tài)的液體。超臨界水具有很強(qiáng)的反應(yīng)活性和廣泛的融合能力。西班牙學(xué)者Salvador等用超臨界狀態(tài)水(T。374℃,p.=22.1MPa)取代水蒸氣對木炭、煤、果殼等原料進(jìn)行了活化處理,發(fā)現(xiàn)超臨界水的活化效果優(yōu)于水蒸氣,例如反應(yīng)速率提升,活化更均勻[4)。然而超臨界水與碳反應(yīng)的動力學(xué)、反應(yīng)選擇性及造孔機(jī)理等到目前為止均未有深入的研究,蔡瓊等以酚醛樹脂為原料,對比了超臨界水和水蒸氣活化效果,實驗結(jié)果表明超臨界水活化利于中孔的大量形成,而水蒸氣則利于微