活性炭如何吸附

 

吸附作用的機(jī)理

 

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

 

經(jīng)過化學(xué)力和/或物理力將流體分子富集到這種外表上的進(jìn)程稱為“吸附”;而“吸收”則是一個(gè)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(jìn)程。

 

在物理吸附進(jìn)程中，吸附質(zhì)分子因?yàn)槿醯姆兜氯A力(這種力產(chǎn)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(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)均未產(chǎn)生改動(dòng)。而在化學(xué)吸附進(jìn)程中，吸附質(zhì)分子與活性炭的外表(或活性炭外表負(fù)載的浸漬劑)之間產(chǎn)生化學(xué)反響，并以十分激烈的化學(xué)鍵合力被活性炭吸持。

 

一般情況下，為了抵達(dá)吸附意圖，活性炭中有必要含有與待吸附分子尺度適當(dāng)?shù)目紫?。由吸附了吸附質(zhì)分子的周圍孔壁對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的吸附力能夠抵達(dá)超***值，且應(yīng)當(dāng)***于分子的能量級(jí)。

 

例如，當(dāng)選用微孔型椰殼活性炭進(jìn)行脫色時(shí)，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(jīng)由尺度比它小的通道進(jìn)入微孔內(nèi)部。而椰殼活性炭對(duì)小分子物質(zhì)的吸附作用有用。另一個(gè)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(zhì)活性炭中則易于脫附。

 

當(dāng)孔隙內(nèi)部產(chǎn)生吸附質(zhì)的“液相填充”時(shí)活性炭的吸附才能抵達(dá)超高值。在極高蒸氣壓力條件下，甚至在中孔(2.5nm)內(nèi)部也會(huì)因?yàn)槲劫|(zhì)的多層吸附而引起“毛細(xì)管凝集”(即“液相填充”)現(xiàn)象。

 

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

 

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

 

規(guī)劃一個(gè)含有多種吸附質(zhì)組成成分的共同吸附系統(tǒng)時(shí)，記住這一現(xiàn)實(shí)規(guī)則是很有***處的。

 

含多種吸附質(zhì)成分的活性炭吸附系統(tǒng)抵達(dá)吸附平衡后，常常會(huì)發(fā)現(xiàn)在一切吸附質(zhì)都抵達(dá)平衡之前，那些分子量較***的吸附質(zhì)是***先被吸附的成分。這種現(xiàn)象被稱為“競(jìng)賽吸附”或“***先吸附”，超早被吸附的小分子量物質(zhì)被隨后吸附的***分子量物質(zhì)代替，前者從頭從吸附劑的外表脫附。

 

產(chǎn)生于蒸氣相中的物理吸附會(huì)遭到一些外部工藝參數(shù)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(zhì)分子的運(yùn)動(dòng)才能較低。這種影響也存在于含水分和有機(jī)物的系統(tǒng)中，水分子易于被炭的外表吸附，可是當(dāng)可在活性炭外表***先吸附的有機(jī)物抵達(dá)時(shí)水分子則會(huì)被及時(shí)脫附出來。產(chǎn)生競(jìng)賽吸附的原因一般是因?yàn)榉肿映叨鹊牟煌鸬?，一起分子電荷的差異也是引起這種現(xiàn)象的一個(gè)不容忽視的原因。

 

一般來說活性炭的外表會(huì)排擠帶電荷的物質(zhì)，相關(guān)于***都有機(jī)分子，水是高荷電性物質(zhì)形狀(易于離子化)，故活性炭對(duì)有機(jī)分子的吸附會(huì)***先產(chǎn)生。與叔胺化合物比較，伯胺化合物的氮原子簡(jiǎn)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(cè)，活性炭對(duì)那些不帶電荷的***分子物質(zhì)的吸附量水平會(huì)更高些;而那些高荷電的小分子物質(zhì)則不簡(jiǎn)單被活性炭所吸附。

 

分子的形狀也會(huì)影響吸附，但這一般被視為一個(gè)非必須的要素。

 

關(guān)于那些僅能被活性炭以低水平量進(jìn)行物理吸附的物質(zhì)(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(dòng)對(duì)吸附量的影響。進(jìn)步活性炭對(duì)這些物質(zhì)吸附量的辦法，可采納選用能與吸附質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反響的***別化合物(或其前驅(qū)體物質(zhì))來浸漬活性炭。

 

因?yàn)榛钚蕴亢惺志?**的外表(一只鞋子內(nèi)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(zhì)分子被浸漬的化合物捕獲并反響的機(jī)率極高。這種除掉吸附質(zhì)的機(jī)理被稱為“化學(xué)吸附”。

 

與物理吸附徹底不同，被活性炭外表化學(xué)吸附的物質(zhì)已產(chǎn)生了化學(xué)結(jié)構(gòu)的改動(dòng)，已不或許再以原初的物質(zhì)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(chǎn)品)。這種辦法已應(yīng)用到許多工業(yè)進(jìn)程，尤其是工業(yè)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(jìn)步催化劑的才能。