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华希活性炭公司告诉你活性碳的作用

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华希活性炭公司告诉你活性碳的作用

发布日期:2019-03-28 作者: 点击:

华希活性炭公司告诉你活性碳的作用

活性碳(activated carbon)是一种黑色粉末状或颗粒状的无定形碳。所谓无定形碳是描述其内部的碳原子结构没有固定的摆放次序而言。实际上它的内部结构并不是真实的无定形体,而是具有和石墨(graphite)相同结构的晶体,石墨是制作铅笔笔心的资料。活性碳与石墨最大的不同,在于它的碳原子六角形环状平面构成的层状结构零乱而不规则,晶体构成有缺点,并且晶粒微小,含有少数杂质。主成分除了碳以外还有氧、氢、氮等元素。

由于活性碳的碳原子,在结构上摆放相当缤纷,假如咱们将它的结构碎裂,用显微镜调查,可以发现它的内部处处充满犬牙交错的细孔,这些细孔的尺度,可以小到分子级巨细(molecular dimensions,约0.1 nm直径),因而它是一种多孔碳,堆积密度低,比外表积(specific surface area)大。

活性碳的多孔隙结构,让它具有极大的「比外表积」,此种外表积更赋予它具有最激烈的吸附才干,而能广泛吸附许多化合物。在人类所制作的物质中,以活性碳的结构最具多孔性,或最具有物理吸附作用才干。活性碳的「比外表积」可以超过1000 m2/g,假如依此核算,那么小小的5g重所拥有之外表积,将相当于一个足球场那么大。

活性碳的吸附作用

吸附(adsorption)是指液体或气体附着集中于固体外表的作用,一般的活性碳都能发作这种作用。吸附与吸收(absorption)不同,吸收是指让液体或气体进入固体的内部的原子结构中,但活性碳并不具备这样的才干,它的吸附作用仅仅一个外表现象,所以只发作于它的外表。

吸附作用的构成,首要来自伦敦分散力(london dispersion forces),这也是另一种凡得瓦力(van der waals force)的表现形式。此种力遍及存在于不具有永久性偶极矩(dipole moment)的分子之间,它是一种天然的吸引力。只要分子满足靠近,都会很天然发作这种作用力。凡是能运用此种力把物质吸住的作用,咱们称为物理吸附(physical adsorption)。此种作用力与温度无关,因而不受温度之影响。

分散力有必要在碳外表(carbon surface)与被吸附分子(adsorbate molecule)之间到达作用的间隔之后才会发作,该力的巨细触及被吸附分子中一切相关原子与活性碳外表碳原子密切触摸的程度。假如触摸的程度越高,则该力越大,一起活性碳对该分子的吸附才干也越强。

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气相及液相吸附

活性碳对气相(gas phase)的吸附作用,除了与其触摸外表积有关外,也与被吸附化合物的分压(partial pressure)有关。当分压高于该化合物的在活性碳外表的蒸气压时,该化合物会被逐渐缩合(condensation)在活性碳中,直到到达压力平衡为止。反之,假如分压较低时,一部分该化合物会从活性碳外表脱离,直到到达新的压力平衡为止。

活性碳对液相(liquid phase)的吸附作用与气相有相似性质。它表现在吸附作用方面的才干,与被吸附化合物的溶合力(solvated force)有关。当被吸附化合物的在水中的溶合力小于吸附力(adsorbability)时,它就会被逐渐富集(concentrate)在活性碳中。这也阐明,为何「疏水性」化合物在水中很容易被活性碳吸附而除掉的首要原因。

事实上,活性碳对物质的吸附才干,彻底表现在伦敦分散力与气相的蒸气压力,或与液相的溶合力之间,相互「角力」的结果。当伦敦分散力较大时,即可以表现出对气体或液体分子的吸附力。由于气相的蒸气压力及液相的溶合力,可因温度的添加而加强,但伦敦分散力却不受影响,因而可以运用加热的办法,让气体或液体分子从活性碳外表脱离,这种逆向操作,咱们称之为脱附(deadsorption)。

那些物质会被吸附

有那些物质会被活性碳吸附呢(what compounds are adsorbed)?从活性碳的吸附原理可知,凡是大分子化合物,特别是一些大分子有机物在溶剂中是很容易被吸附的;别的,某些大分子量的无机化合物,像碘化物及汞化物,也能被活性碳吸附。

一般来说,必定种类及比外表积相同的活性碳之吸附力,跟着以下要素而被强化:(1)化合物分子量添加时,(2)化合物具有高数目像双键(double bonds)一类的官能基(functional groups),或高卤化物(halogen compounds)时,(3)化合物分子的电子云(electron clouds)易构成瞬间极性(polarisability)者(注:此性质与伦敦分散力的发作有绝对联系)。由于这些要素的影响,导致有些物质很容易被活性碳吸附,但有些不会。

离子性物质因具有永久性偶极矩(dipole moment),无法形在活性碳外表之间构成伦敦分散力,所以难以被吸附。水草的无机营养简直都是离子性物质,所以在水草缸运用活性碳,无机营养应该不受活性碳吸附作用之影响。

化学吸附

化学吸附(chemical adsorption)是指气体或液体以相似于化学键之结合力,被吸附于活性碳外表的现象。此种吸附力之构成,或许是气体或液体分子内的键裂开,或其双键裂解,并与活性碳表层之碳原子发作新键之故。因而,具有挑选性,且吸附作用仅限于表层。不过,关于它的反响组织现在还有许多不清楚的地方。

并非一切的活性碳都具有化学吸附才干,假如要使它具有此种吸附才干,有必要进一步作「活化处理」,藉以铲除活性碳中的杂质,这样才干避免杂质搅扰活性碳外表的碳原子与被吸附分子之间化学键的构成。这也是衡量活性碳吸附特性的种要目标之一。凡具有化学吸附性质的活性碳称为「化学活性碳」。一般水族馆所贩卖者,一般不属于这一种。

化学吸附也能相似于物理吸附一般,具有脱附的性质。假如被吸附物质的脱附力(deadsorbability)大于其间的化学键力(bond forces),即能从头被释放出来。与物理脱附相似,在高温之下,脱附力或许大于化学键力而到达脱附之意图。不过不同于物理脱附者,被吸附的物质脱附之后,现已发作了化学变化,不再是原来的物质了。

再生

活性碳的脱附进程,咱们称为再生(regenerated)。当活性碳的脱附作用的吸附性减弱后,可以让它「再生」后而能再持续运用。由于物理吸附与化学吸附的平均焓(enthalpy)皆为负值(-δh),属于放热反响,因而再生一般不会在天然的情况下自动发作,有必要将活性碳单独取出别的做恰当的处理。

活性碳再生时,一般运用水蒸气脱附再生。若仅针对物理吸附之再生,大约运用200-300℃之高压水蒸气在再生炉中加热处理即可。由于化学吸附所发作的作用力,比物理吸附强,所以它所需脱附再生的温度要高许多,例如,在操作时,它所需的高压水蒸气约至少高达400 ℃才干到达意图。在进行化学脱附的一起,也一并会进行物理脱附。

活性碳再生是一种技能性的操作,一起有必要在专门的设备中才干进行,所以咱们似乎只需了解其原理即可,没有必要真的尝试去做。假如活性碳的吸附性现已丧失,建议筛选,若还有需求运用,最好还是从头选购较为恰当。


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