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活性炭的表面化學(xué)性質(zhì)

（1）活性炭的表面官能團(tuán)在制備活性炭的活化反應(yīng)中，微孔進(jìn)一步擴(kuò)大形成了許多大小不同的孔隙，孔隙表面一部分被燒掉， 化學(xué)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)缺陷或不完整，此外由于灰分及其他雜原子的存在， 使活性炭的基本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生缺陷和不飽和價(jià)，使氧和其他雜原子吸附于這些缺陷上與層面和邊緣上的碳反應(yīng)形成各種鍵，以至形成各種表面功能基團(tuán)，因而使活性炭產(chǎn)生了各種各樣的吸附特性。對活性炭吸附性質(zhì)產(chǎn)生重要影響的化學(xué)基團(tuán)主要是含氧官能團(tuán)和含氮官能團(tuán)。

低的活性炭表面表現(xiàn)出堿性特征以及陰離子交換特征。除了含甎棊團(tuán)外，含氮官能團(tuán)也對活性炭的性能產(chǎn)生顯著影響?；钚蕴勘砻娴?BR>含無官能團(tuán)主要取決于活性炭的制備方式?；钚蕴勘砻娴牡涌?BR>以通過活性炭與含氮試劑反應(yīng)和用含氮原料制備?種方式引人。活
性炭表面可能存在的幾種含氮官能團(tuán)如圖所示1。 '
(2)活性炭表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的分析表征活性炭上的主要雜原子為氧原子，最常見的官能團(tuán)為羧基、內(nèi)酯基、羥基和酚羥基。這些基團(tuán)使活性炭在水中呈兩性。利用這種酸堿特性可以測定出表面的含氧基團(tuán).
①Boehm滴定法[15，16，19]它根據(jù)不同強(qiáng)度的堿與酸性表面氧化基團(tuán)反應(yīng)的可能性對含氧官能團(tuán)進(jìn)行定性與定量分析。一般認(rèn)為NaHCa(pK=6.37)僅中和炭表面的羧基，Na2C03 (pK= 10. 25) 可中和炭表面的羧基和內(nèi)酯基，而NaOH(pi( = 15. 74)可中和炭表面的羧基、內(nèi)酯基和酚羥基。根據(jù)滅消耗量的不同，可計(jì)算出相應(yīng)的官能團(tuán)的量，
②零電荷點(diǎn)PZCW，is]水溶液中固體表面凈電荷為零時(shí)的pH值，稱為零電荷點(diǎn)PZC (point of zero charge), PZC為表征活性炭表面酸?性的一個(gè)重要參數(shù)。而IEP為水溶液中固體表面電勢C為零時(shí)的pH值，稱為等電點(diǎn)（isoelectric point)。如果不存在除H+、 OH—之外的吸附離子，則pHpzc-pH!^如果發(fā)生非電勢決定離子的特殊吸附，則二者向相反的方向偏移。PZC與活性炭酸性表面氧化物特別是羧基有著密切關(guān)系，它與Boehm滴定存在著很好的相關(guān)關(guān)系。IEP—般通過電泳法測定。有研究認(rèn)為通過電泳法測得的IEP為活性炭的外表面特征，由于0H-和H+比活性炭的微孔要小。因此，通過滴定法測定出的PZC，對應(yīng)的是活性炭的全部表面或絕大部分表面特征。 '
③ X射線光電子能譜XPSO'21]    XPS (X-ray photoelectrof
spectroscopy)是一種有效的監(jiān)測表面化學(xué)結(jié)構(gòu)的分析手段，采用Gaussion/Lorentizian函數(shù)所得譜圖進(jìn)行曲線擬合，該技術(shù)依據(jù)愛
因斯坦的光電效應(yīng)來測定表面元素的原子的價(jià)電子或內(nèi)層電子的結(jié)合能。原子被髙能X射線轟擊，能發(fā)射出的光電子其平均逃逸深度為0.5?2nm，故只能探測位于表面的物種。其主要用途是用于
測定由表面元素引起發(fā)射光電子的結(jié)合能發(fā)生位移的化學(xué)環(huán)境的變化。通過對特定原子（如C， N, 0)的鍵能進(jìn)行掃描不僅可以定
量測定樣品表面的元素組成，而且可以分析元素的結(jié)合形式。
④ 傅里葉變換紅外光譜法FT-IR[7.20]  紅外光譜可以測知分子的轉(zhuǎn)動(dòng)態(tài)和振動(dòng)態(tài)，從而可以得出關(guān)于被吸酎物質(zhì)中心及被吸附物質(zhì)與表面之間鍵合的性質(zhì)。由于活性炭為黑色，對紅外輻射吸收強(qiáng)，同時(shí)表面不均勻的物理結(jié)構(gòu)又加大了紅外光的散射，而且極易被"背景"吸收，因此，一般認(rèn)為只要碳含量大于94%就不適合于采取紅外光譜分析。而傅里葉變換紅外技術(shù)（Fourier transbjiifeared spectroscopy, FT-IR)，由于采取了干涉光裝置，來自全光譜的輻射在整個(gè)掃描期間始終照射在檢測器上，使光通量增大， 分辨率提髙。FT-1R偏振性較小，可以累加多次，快速掃描后進(jìn)行記錄。已成為活性炭表面官能團(tuán)定性分析的有力工具。
⑤ 熱重分析根據(jù)不同官能團(tuán)的熱穩(wěn)定性不同，在惰性氣體中熱分解，得到樣品失重的微分曲線和積分曲線。失重曲線可間接反映出活性炭的表面結(jié)構(gòu)尤其是表面官能團(tuán)種類。

果殼活性炭是利用優(yōu)質(zhì)無煙煤、木炭或各種果殼等作為原料，通過物理或化學(xué)方法經(jīng)過特殊工藝加工的，具有發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)和比表面積的一種碳制品，由于果殼活性炭這種特殊的空隙結(jié)構(gòu)，使得它具有極強(qiáng)的吸附能力，因此被廣泛用于空氣凈化、防毒防護(hù)、水處理、溶劑脫色等工業(yè)及民用領(lǐng)域。近年來，隨著人們對果殼活性炭的逐步認(rèn)識(shí)，果殼活性炭市場也飛速發(fā)展，但在發(fā)展的同時(shí)，各種質(zhì)量低劣的果殼活性炭產(chǎn)品也趁虛而入，嚴(yán)重影響了果殼活性炭市場的正常發(fā)展，給消費(fèi)者造成不良的后果。為了讓消費(fèi)者能夠選擇到放心的產(chǎn)品，這里就如何選擇優(yōu)質(zhì)果殼活性炭做一個(gè)簡要的說明。

       果殼活性炭雖然在外型和用途方面可以有許多品種，但果殼活性炭有一個(gè)共同的特性，那就是“吸附性”。果殼活性炭產(chǎn)生吸附性的原因就是因?yàn)樗邪l(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，就象我們所見到的海綿一樣，在同等重量的條件下，海綿比其他物體能吸收更多的水，原因也是因?yàn)樗哂邪l(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)。但果殼活性炭的這種孔隙結(jié)構(gòu)是肉眼無法看見的，因?yàn)樗麄冎挥?×10-12mm—10-5mm之間，比一個(gè)分子大不了多少。果殼活性炭孔隙發(fā)達(dá)的程度是難以想象的，若取1克果殼活性炭，將里面所有的孔壁都展開成一個(gè)平面，這個(gè)面積將達(dá)到1000平方米（既比表面積為1000g/m2）！影響果殼活性炭吸附性的主要因素就取決于內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)達(dá)程度。

       在生產(chǎn)過程中，提高果殼活性炭吸附性能的唯一辦法就是控制生產(chǎn)工藝，使單位體積內(nèi)盡可能多地增加果殼活性炭的孔隙結(jié)構(gòu)。因此吸附性越高的果殼活性炭由于含有大量的孔隙，使得其本身的密度變得越來越小，這就是為什么吸附性越好的果殼活性炭手感越輕的原因（前提是使用同一種原料生產(chǎn)，沒有浸過水或吸附過其他物質(zhì)）。同時(shí)隨著吸附性的提高果殼活性炭的生產(chǎn)成本也就越高，而且是呈幾何級(jí)數(shù)增長，這就是市場上有用低吸附果殼活性炭冒充高吸附果殼活性炭銷售的動(dòng)機(jī)。