活性炭在适当的条件下经过强氧化剂处理，可以提高其表面酸性基团的相对含量，增加表面极性，从而增强其对极性化合物的吸附能力。常用的氧化剂有 HNO₃、H2O2等。实验研究，通过对活性炭进行强氧化表面处理后，对11种不同气体和蒸汽进行吸附，结果表明，改性活性炭对苯、乙胺等的吸附容量大大降低，主要是因为活性炭表面经过强氧化后缺失了大量的微孔;而对氨水和水的吸附能力却大大增强，这主要是因为活性炭表面氧化物的增加。因此，随着活性炭表面氧化物的增加，其对极性分子的化学吸附也增强。
通过还原剂对活性炭进行表面还原处理，可以提高活性炭表面碱性基团的相对含量，增加表面的非极性，提高活性炭对非极性物质的吸附能力。常用的还原剂有 H2、N2、NaOH等。表面还原后的活性炭，在对染料处理时表现出不一样的特性。对于阴离子染料，活性炭表面碱度和吸附效果间有着密切的联系，吸附机理是活性炭表面无氧Lewis碱位与被吸附染料的自由电子的交互作用。而对于阳离子染料，活性炭表面的含氧官能团起到了积极的作用，可是经过热处理的活性炭依然对阳离子染料有良好的吸附效果，这说明静电吸附和色散吸附是两种相当的吸附机制
通过液相沉积的方法可以在活性炭表面引入特定的杂原子和化合物，利用这些物质与吸附质之间的结合作用，增加活性炭的吸附能力。在液相沉积时，浸渍剂的种类是影响活性炭吸附效果的主要因素。针对不同的吸附质，可以采用不同的浸溃剂对活性炭进行处理，以得到良好的吸附效果。
值得注意的是，在对活性炭进行表面官能团的改性时，也伴随着活性炭表面化学性质的变化。其表面积、孔容积以及孔径分布都会有一定的变化，这也会影响活性炭的吸附。所以，在进行表面官能团的改性时，针对不同的吸附条件和吸附质采取不同的改性，要综合考虑物理结构和化学结构双重变化引起的影响[33.34]。
吸附质
活性炭的吸附效果跟吸附质本身的性质有着很大的关联性。通常，在不考虑活性炭自身孔径结构对大分子的“筛滤”作用时，由于大分子物质吸附能较高，所以大分子物质更易被吸附。对于水体中的小分子有机物，分子量大的更易被活性炭吸附。
对于挥发性有机化合物，分子量越大，其去除率就越高，而可提取有机物则恰恰相反，其吸附效果是随着分子量的减小而增强。这是由于挥发性有机化合物的极性较小，而可提取的有机化合物的极性比较大，由于活性炭本身的性质，可以将其看做一个非极性吸附剂，所以更易吸附水中的非极性物质而不易
活性炭是具有发达的孔隙结构、比表面积大，选择性吸附能力强的碳材料。在一定的条件下，对液体或气体中的某一或某些物质进行吸附脱除、净化、精制或回收，实现产品的精制和环境的净化。Rapheal von Ostrejko 于1900年申请了英国专利B.P.14224和B.P,18040，研究开发了CO:或者水蒸气活化反应生产具有吸附能力的活性炭，并且成功应用于防毒面具中。1911年，奥地利的Fanto公司和荷兰Norit公司生产糖液脱色用粉状活性炭，时至今日，活性炭已广泛应用于、化工、食品、轻工、医药、制药、环保和水处理等工业和生活的各个方面。随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，活性炭已经成为现代工业、生态环境和人们生活中不可或缺的炭质吸附材料
活性炭主要是以木炭、木屑、各种果壳(椰子壳、杏壳、核桃壳等)、煤炭和石油焦等高含碳物质为原料，经炭化活化而制得的多孔性吸附剂。活性炭基本上是非结晶性物质，它由微细的石墨状结晶和将它们联系在一起的碳氢化合物部分构成。其固体部分之间的间隙形成孔隙，赋予活性炭所特有的吸附性能[]活性炭的主要特征和用途
一、物理结构与分类
物理结构
活性炭的基本晶体结构活性炭是以碳为主要成分的吸附材料、结构复杂，既不像石墨，金刚石那样具有碳原子按一定规律排列的分子结构，又不像一般炭化物那样具有复杂的大分子结构，一般认为活性炭是由类似石墨的碳。
1.活性炭原料的影响
(1)木屑树种的影响 实验证明，活性炭的吸附性能与木屑树种有密切的关系，多数情况下，认为杉木屑较松木屑好，松木屑较硬杂木屑好，软杂木屑较硬杂木屑好，材质硬的木屑会影响氯化锌溶液的渗透速度。但通过选择适当的生产条件，采用混合木屑作原料，也可以克服由原料所引起的不利影响，生产出合格的活性炭。
(2)木屑含水率的影响木屑含水率对炭活化过程没有直接影响，但会影响氯化锌溶液的渗透速度，因而影响氯化锌溶液浸渍的时间。对连续浸渍或混合过程尤为重要。含水率高(在纤维饱和点以上)的木屑不仅会降低氯化锌溶液的渗透速度，而且要降低氯化锌溶液浓度，从而影响炭活化效果。因此，当木屑含水率超过30%时，浸渍时间要求在8h以上，当木屑含水率在纤维饱和点以下时，氯化锌溶液的渗透速度要快一些。木屑含水率在15%以下时，混合时间短(15min)。木屑含水率还影响其对氯化锌溶液的吸收量。例如，生产颗粒活性炭，吸收一定数量的浓度较低的氯化锌溶液，因此要求木屑含水率不超过 5%。当生产糖用活性炭时，吸收足够数量的高浓度的氯化锌溶液，如果木屑含水率过高，就会降低氯化锌溶液的浓度，从而影响锌屑比，终影响活性炭的孔径分布。
制备活性炭物理法通常指气体活化法，是以水蒸气、烟道气(水蒸气、CO2、N₂等的混合气)、CO:或空气等作为活化气体，在800~1000℃的高温下与已经过炭化的原材料接触进行活化的过程。在这个过程中，具有氧化性的活化气体在高温下侵蚀炭化料的表面，使炭化料中原有闭塞的孔隙重新开放并进一步扩大，某些结构因选择性氧化而产生新的孔隙，同时焦油和未炭化物等也被除去，终得到活性炭产品。由于物理法通常采用气体作为活化剂，工艺流程相对简单，产生的废气以CO2和水蒸气为主，对环境污染小，而且终得到的活性炭产品比表面积高，孔隙结构发达，应用范围广，因此在活性炭生产厂家中70%以上都采用物理法生产活性炭。下面对物理活化法的机理、工艺流程、装置设备及国内外发展现状等进行具体阐述。
原料炭化
物理法制备活性炭需要先将原料在400~600℃下进行炭化处理，使原料中碳元素以外的主要元素(氢、氧等)以气体形式脱除，通过CO:、CO 的形式也可使一部分碳元素释放出去，残留的碳元素则多数以类似石墨的碳微晶形态存在。然而和石墨晶体不同的是，这些碳微晶的排列是杂乱无章的，因此形成了具有活性炭原始形态的结构。但是仅仅经过炭化处理，碳微晶的周围以及碳微晶之间的缝隙仍被热解所产生的焦油或者无定形碳堵塞，因此需要进一步活化处理，除去这些堵塞孔隙的物质才能得到具有发达孔隙结构的活性炭。
为提高产品得率、降低生产过程中的能源消耗并同时产品质量，中国林业科学研究院林产化学工业研究所活性炭研究室开发出了原料热解自活化的新工艺，该工艺的基本原理是在密闭反应容器中，原料在高温下热解产生出大量气体、这些气体即可作为活化反应的气体、同时由于体系的压力增高，椰壳触织细胞内的气体强制逸出时、会对椰壳组织结构产生一定冲击，这种冲击作用可以改善椰壳组织结构，从而促进高温自活化时活性炭微孔的形成与发展。
该工艺与传统工艺制备的活性炭性能比较如表3-1所示。
物理法工艺活化一活性炭椰壳一炭化一工艺复杂8消耗大量水蒸气、烟道气等气体活化剂粉尘污染
曝壳一炭化一 消耗数信的
化学法工艺粉种一与活化剂混合一活化一工艺复杂6低锌、氢氧化钾磷酸、氯化气、液橙污染大
洗涤一活性炭
刘雪梅等以椰壳为原料、采用热解活化法于900℃下密闭处理4h后制备了活性炭，实验结果表明所制的活性炭比表面积为994m²/g，微孔容积为0.43cm’/g、微孔率达到85%、平均孔径为2nm，该活性炭碘吸附值为1295mg/g、亚甲基蓝吸附值为135mg/g、亦说明其孔径分布以微孔为主之后刘雪梅等又进一步延长活化时间至8h、虽然得率降为9.4%，但活性炭比表面积达到1723m/g、微孔容积为0.68cm/g、碘吸附值与亚甲基蓝吸附值分别达到了1628mg/g和375mg/g、均优于市售净水用活性炭，作者认为反应机理是在密闭空间中、物料发生热解反应生成大量的CO、H.O.H、
在活性炭的实际生产过程中常使用的活化气体是以CO2、HO和O,为主要成分的烟道气。H:O与碳的吸热反应可有效防止碳与O:反应时温度急膜升高而产生局部过热的现象，反过来碳与0:的反应又可以维持活化温度，因此只要混合气体里各成分比例合适，便可以有效地稳定活化温度，使活化反应均匀进行。此外也有观点认为原料中含有不同的活化位点，这些活化位点对于不同的活化气体的反应活性也不一样，有的更易与水蒸气反应，有的更易与 CO:反应，因此采用混合气体更有利于制备活性炭。但值得注意的是有研究表明原料中若钾含量较高则会在含氧的混合气体中发生剧烈的燃烧反应而不是活化，这是因为包括钾在内的一些金属化合物对于气体活化有催化加速作用。、超临界活
超临界水是指气压和温度达到一定值时，因高温而膨胀的水的密度和因高压而被压缩的水蒸气的密度正好相同时的水。此时液态水和气态水没有区别，完全交融在一起，成为一种新的呈现高压高温状态的液体。超临界水具有很强的反应活性和广泛的融合能力。西班牙学者Salvador等用超临界状态水(T。374℃，p.=22.1MPa)取代水蒸气对木炭、煤、果壳等原料进行了活化处理，发现超临界水的活化效果优于水蒸气，例如反应速率提升，活化更均匀[4)。然而超临界水与碳反应的动力学、反应选择性及造孔机理等到目前为止均未有深入的研究，蔡琼等以酚醛树脂为原料，对比了超临界水和水蒸气活化效果，实验结果表明超临界水活化利于中孔的大量形成，而水蒸气则利于微
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