活性炭吸附原理及方式

活性炭吸附原理及方式

具有吸附能力強的活性炭,是原子,離子和分子(吸附物)從氣態,液態或溶液介質附著或粘附到吸附劑。孔隙率的高度發展,可想而知在這種吸附的巨大表面積中。吸附發生在比吸附分子略大的孔隙中,這就是為什麼將試圖吸附的分子,與活性碳的孔徑相匹配非常重要。

由於吸附是一種相對專業的技術,是一種表面現象,其中被吸附物分子被吸引並保持在吸附劑的表面,直到被吸附分子與仍自由分佈在載氣或液體中的分子之間達到平衡。雖然吸附劑結構內的原子在各個方向上相對均等地被吸引,但表面上的原子表現出不平衡的吸引力,吸附分子有助於滿足這種吸引力。可以理解吸附發生在任何表面,例如窗戶玻璃或桌面。吸附劑的典型特徵是存在大量的表面積;通常通過壁區域或縫隙、毛細管或滲透其結構的孔,

主要取決於表面吸引力的吸附類型,其中系統溫度、壓力或雜質濃度等因素可能會改變吸附平衡,被進一步分類為物理吸附。負責吸附的電子力(范德華力)與那些導致相似分子結合在一起,產生凝聚和表面張力現象的力有關。從概念上講,有些人更喜歡物理吸附的類比,就像鐵顆粒被磁鐵吸引並保持在磁鐵上。物理吸附是最常用的類型,但一個重要的子分類是化學吸附。化學吸附是指被吸附物與吸附劑之間的化學反應,或經常與可能浸漬在廣泛吸附劑表面上的試劑反應(參見下面的浸漬碳)。因此,物理吸附/解吸保留了吸附物的化學性質,而化學吸附改變了它。

現在可以將吸附的表面現象與吸附形成對比,其中一種材料與另一種材料的物理結構混合在一起。例如,苯酚溶解到醋酸纖維素纖維中(吸收)與通過表面吸引力粘附到纖維外層(吸附)

通常,1m 3的具有0.3m 3,內部孔隙的活性碳可以吸附30m 3或更多的氣體。

兩種吸附方式

物理吸附 – 在此過程中,吸附物通過稱為范德瓦爾斯力(Van Der Waals Forces)或倫敦力或分散力(London dispersion force, LDF),的弱吸引力保持在孔壁的表面上。

化學吸附 – 這涉及相對強的吸引力,吸附物與活性碳孔壁上的化學絡合物之間的實際化學鍵。

顆粒狀活性炭(活性炭)是一種從含碳原料中提取的吸附劑,採用熱或化學方法去除大部分揮發性非碳成分和部分原始碳含量,產生具有高表面活性的結構區域。生成的碳結構可能是源自原材料的細胞排列的相對規則的碳原子網絡,或者它可能是不規則的微晶小片塊,但在任何一種情況下,該結構都將帶有開口以在電子照射下出現顯微放大,作為海綿狀結構。碳表面的特徵是非極性的,也就是說,它基本上是電中性的。這種非極性使活性炭表面對相對非極性的吸附物具有高親和力,包括大多數有機物。作為吸附劑,活性炭在這方面與硅膠和活性氧化鋁等極性乾燥吸附劑形成鮮明對比。顆粒狀活性炭通過毛細管冷凝對水的親和力有限,但乾燥劑對水的表面吸引力卻沒有。


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