活性炭如何吸附

 

吸附作用的機理

 

活性炭可被視為一種由數百萬孔隙(適當于“由分子組成的海綿”)供給了驚人外表積的資料。

 

經過化學力和/或物理力將流體分子富集到這種外表上的進程稱為“吸附”;而“吸收”則是一個流體分子被選定的液體或固體資料吸納并渙散到液體或固體吸收劑中的工藝進程。

 

在物理吸附進程中，吸附質分子因為弱的范德華力(這種力產生于分子之間的招引作用)被吸持到活性炭的外表上，而活性炭和吸附質的化學結構均未產生改動。而在化學吸附進程中，吸附質分子與活性炭的外表(或活性炭外表負載的浸漬劑)之間產生化學反響，并以十分激烈的化學鍵合力被活性炭吸持。

 

一般情況下，為了抵達吸附意圖，活性炭中有必要含有與待吸附分子尺度適當的孔隙。由吸附了吸附質分子的周圍孔壁對應產生的吸附力能夠抵達超***值，且應當***于分子的能量級。

 

例如，當選用微孔型椰殼活性炭進行脫色時，脫色才能很低，其原因是上色分子或色素分子一般是較***的分子，不能經由尺度比它小的通道進入微孔內部。而椰殼活性炭對小分子物質的吸附作用有用。另一個比如是稀有氣體氪和氙易于被椰殼活性炭吸附，而在***孔型炭如木質活性炭中則易于脫附。

 

當孔隙內部產生吸附質的“液相填充”時活性炭的吸附才能抵達超高值。在極高蒸氣壓力條件下，甚至在中孔(2.5nm)內部也會因為吸附質的多層吸附而引起“毛細管凝集”(即“液相填充”)現象。

 

在恒溫狀態下，制作“吸附量～吸附壓力聯系圖(關于氣相吸附)”或“吸附量～濃度聯系圖(關于液相吸附)”，取得的曲線即“(吸附)等溫線”。

 

關于同系化學物質來說，活性炭吸附量可隨著壓力的增***而添加，也可隨吸附質分子量的增***而添加。因而，活性炭對甲烷的吸附量要低于丙烷(對甲烷的吸附更困難些)。

 

規劃一個含有多種吸附質組成成分的共同吸附系統時，記住這一現實規則是很有***處的。

 

含多種吸附質成分的活性炭吸附系統抵達吸附平衡后，常常會發現在一切吸附質都抵達平衡之前，那些分子量較***的吸附質是***先被吸附的成分。這種現象被稱為“競賽吸附”或“***先吸附”，超早被吸附的小分子量物質被隨后吸附的***分子量物質代替，前者從頭從吸附劑的外表脫附。

 

產生于蒸氣相中的物理吸附會遭到一些外部工藝參數如溫度和壓力的影響。在較低溫度和較高壓力條件下，吸附功率更高，原因是在這樣的工藝條件下吸附質分子的運動才能較低。這種影響也存在于含水分和有機物的系統中，水分子易于被炭的外表吸附，可是當可在活性炭外表***先吸附的有機物抵達時水分子則會被及時脫附出來。產生競賽吸附的原因一般是因為分子尺度的不同而引起的，一起分子電荷的差異也是引起這種現象的一個不容忽視的原因。

 

一般來說活性炭的外表會排擠帶電荷的物質，相關于***都有機分子，水是高荷電性物質形狀(易于離子化)，故活性炭對有機分子的吸附會***先產生。與叔胺化合物比較，伯胺化合物的氮原子簡直不帶電荷;而比較于仲胺化合物，叔胺化合物的氮原子荷電量要少一些。因而伯胺比仲胺化合物更易于被活性炭吸附。

 

可依此猜測，活性炭對那些不帶電荷的***分子物質的吸附量水平會更高些;而那些高荷電的小分子物質則不簡單被活性炭所吸附。

 

分子的形狀也會影響吸附，但這一般被視為一個非必須的要素。

 

關于那些僅能被活性炭以低水平量進行物理吸附的物質(如氨氣、二氧化硫、硫化氫、汞蒸氣以及甲基碘等)，能夠疏忽操作條件改動對吸附量的影響。進步活性炭對這些物質吸附量的辦法，可采納選用能與吸附質產生化學反響的***別化合物(或其前驅體物質)來浸漬活性炭。

 

因為活性炭含有十分巨***的外表(一只鞋子內裝入的活性炭顆粒，其外表積***約為1/2平方英里!)，涂鍍的浸漬劑可在如此巨***的面積上徹底渙散，因而吸附質分子被浸漬的化合物捕獲并反響的機率極高。這種除掉吸附質的機理被稱為“化學吸附”。

 

與物理吸附徹底不同，被活性炭外表化學吸附的物質已產生了化學結構的改動，已不或許再以原初的物質形狀從活性炭中脫附出來(脫附物已不是本來的組分，而是其與浸漬劑的反響產品)。這種辦法已應用到許多工業進程，尤其是工業催化范疇，采納將催化活性組分渙散到活性炭外表的辦法來***幅進步催化劑的才能。