活性炭是一种被广泛应用于水处理、空气净化、化工、食品、药品等领域的材料,其本质也是炭的一种。不过它与其他普通炭在结构和应用领域上都有着极大的不同,导致这一结果的主要因素,就在于活性炭相比普通炭具有更发达的空隙结构、更大的比表面积。
活性炭有许多nm级的细小孔隙,一克活性炭的表面积甚至能够超过3000平方米,而一克未被活化的木炭表面积仅为2.0-5.0平方米。
活性炭微观结构图
那么为什么我们会称一些物质是“活性”的呢?
从字面上理解,“活性”是指具有生命力,活跃且易于反应的性质。活性炭的“活性”在这里指的是由于其表面积大,拥有极强的吸附能力,极易吸附细小的微粒和分子。因此我们认为,像活性炭这样易于从外界环境中吸收能量或物质的材料是“活性”的。例如活性氧化铝也同样疏松多孔,有很大的表面积,既是良好的催化剂和催化剂载体,又是一种强劲的除水剂。
使活性炭具有“活性”的主要工艺为炭化和活化
炭化是活性炭制造过程中的主要热处理工艺之一,原料经过炭化后,已形成了初步孔隙,具备了活性炭原始形态的结构。经炭化后的原料一般称为炭化料,炭化料经过活化加工后可获得更发达的空隙结构。
活性炭活化的两种方式:1. 物理活化,将炭化的原料放入高温氧化气体中,通过氧化气体与碳原子及部分杂质原子的反应而产生孔隙。2. 化学活化,让炭化材料浸入化学药品,如酸,强碱等。酸或强碱会与杂质反应,从而腐蚀炭化材料,产生许多孔隙。