活性炭的主要成分
1、碳（C）
主要成分：活性炭中碳的含量通常在80%到95%之间，具体比例取决于原料和制备工艺。
结构：活性炭具有高度发达的微孔、中孔和大孔结构，这些孔隙提供了巨大的比表面积，使其成为高效的吸附剂。
2、灰分
定义：灰分是指活性炭中除碳以外的无机物质，主要包括金属氧化物和其他矿物质。
来源：灰分来源于原料中的无机杂质以及制备过程中引入的无机物质。
常见元素：常见的灰分元素包括钙（Ca）、镁（Mg）、铁（Fe）、钾（K）、钠（Na）、硅（Si）、铝（Al）等。
影响：灰分含量对活性炭的性能有一定影响。高灰分含量可能降低活性炭的吸附能力和机械强度。
3、挥发分
定义：挥发分是指在高温下可以挥发出来的有机物质。
来源：挥发分主要来源于原料中的有机化合物，在炭化过程中未完全分解。
影响：挥发分的存在可能会影响活性炭的热稳定性和吸附性能。
4、水分
定义：水分是指活性炭中含有的自由水和结合水。
来源：水分可以来自原料本身或制备过程中的残留水分。
影响：水分的存在会占据活性炭的部分孔隙，降低其有效比表面积和吸附能力。因此，在使用前通常需要进行干燥处理。
5、表面官能团
定义：表面官能团是指活性炭表面存在的各种化学基团，如羧基（-COOH）、羟基（-OH）、羰基（>C=O）等。
来源：表面官能团可以通过原料本身的化学性质或在活化过程中通过化学反应形成。
影响：表面官能团对活性炭的吸附性能有重要影响。例如，某些官能团可以增强对特定物质的吸附能力，而其他官能团可能减弱吸附效果。
活性炭的吸附原理
1、物理吸附（范德华力）
定义：物理吸附是通过范德华力（分子间吸引力）实现的，这是一种较弱的非共价相互作用。
过程：当气体或液体中的分子接触到活性炭表面时，由于范德华力的作用，这些分子会被吸附在活性炭的孔隙中。
特点：吸附过程通常是可逆的，即被吸附的物质可以通过改变条件（如温度、压力）而重新释放。物理吸附不涉及化学反应，因此不会改变被吸附物质的化学性质。适用于吸附小分子物质，如有机溶剂、异味分子等。
2、化学吸附
定义：化学吸附是通过形成化学键实现的，这种吸附通常比物理吸附更强。
过程：某些活性炭经过特定处理（如氧化、还原等），表面会形成活性位点，这些位点可以与特定的分子发生化学反应，形成化学键。
特点：化学吸附通常是不可逆的，因为形成了新的化学键。适用于吸附特定的化学物质，如重金属离子、某些有机污染物等。可以通过表面改性来增强对特定物质的吸附能力。
3、孔隙结构
微孔：直径小于2纳米，提供巨大的比表面积，主要负责物理吸附。
中孔：直径在2到50纳米之间，有助于扩散和传输大分子。
大孔：直径大于50纳米，作为通道，帮助液体或气体进入内部的微孔和中孔。
活性炭有什么结构
1、基本构成
活性炭是由已石墨化的活性炭微晶和活性炭原料中未石墨化的非晶炭质构成活性炭的基本炭质，并由这些炭质与炭微晶相互连接构筑成活性炭的块体和空隙结构。活性炭通常被认为是无定形炭，又被认为是属于微晶类的炭系。
2、孔隙结构
活性炭的孔隙结构是其吸附性能的关键所在。活性炭的孔隙结构发达，包括微孔、中孔和大孔三类：
微孔：直径小于2nm，是活性炭中数量最多、分布最广的孔隙。微孔的比表面积占活性炭总比表面积的95%以上，对活性炭的吸附容量起着决定性的作用。微孔主要吸附小分子气态物质，如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、己醛、醋酸丁酯等。
中孔：直径在2~50nm之间，中孔比表面积占活性炭总比表面积的5%左右。中孔是较大分子的吸附位，可以吸附大分子物质，如多环芳烃、染料等，同时中孔还可以负载催化剂、净化工业废水等。
大孔：直径大于50nm，大孔的比表面积一般不超过0.5m²/g，仅仅是吸附质分子到达微孔和中孔的通道，对吸附过程影响不大。
3、石墨微晶结构
X射线衍射分析表明，活性炭的结构中包含有石墨微晶，这些微粒是尺寸为13nm的结晶。活性炭与石墨的基本结构类似，但在层片大小、层面内碳原子的六角形排列的完善度、平面化程度以及层间距等方面与石墨比较存在着不同程度的差异。活性炭的微晶结构不同于石墨的微晶结构，其微晶结构的层间距在0.340.35nm之间，间隙大，即使温度高达2000℃以上也难以转化为石墨，这种微晶结构称为非石墨微晶，绝大部分活性炭属于非石墨结构。
4、表面化学性质
活性炭表面也有一定的化学结构，其吸附性能不仅取决于活性炭的物理（孔隙）结构，而且还取决于活性炭表面的化学结构。在活性炭制备过程中，炭化阶段形成的芳香片的边缘化学键断裂形成具有未成对电子的边缘碳原子。这些边缘碳原子具有未饱和的化学键，能与诸如氧、氢、氮和硫等杂环原子反应形成不同的表面基团，这些表面基团的存在会影响到活性炭的吸附性能。活性炭表面基团分为酸性、碱性和中性3种，这些表面基团的存在影响了活性炭的吸附选择性。
