活性炭内部具有晶体结构和孔隙结构,活性炭表面也有一定的化学结构。活性炭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毫无疑问地影响到活性炭的吸附性能。X射线研究表明,这些杂环原子与碳原子结合在芳香片的边缘,产生含氧、含氢和含氮表面化合物。当这些边缘成为主要的吸附表面时,这些表面化合物就改变了活性炭的表面特征和表面性质。活性炭表面基团分为酸性、碱性和中性3种。酸性表面官能团有羰基、羧基、内酯基、羟基、醚、苯酚等,可促进活性炭对碱性物质的吸附;碱性表面官能团主要有吡喃酮(环酮)及其衍生物,可促进活性炭对酸性物质的吸附。[5]
木质颗粒活性炭分为:柱状木质颗粒活性炭、破碎状木质颗粒活性炭、粉状木质颗粒活性炭、球形木质颗粒活性炭。合成材料活性炭分为:柱状合成材料颗粒活性炭、破碎状合成材料颗粒活性炭、粉状合成材料颗粒活性炭、成形活性炭、球形合成材料颗粒活性炭、布类合成材料活性炭(炭纤维布)、毡类合成材料活性炭(炭纤维毡)。其他类活性炭,指除上述三种类型活性炭外,由其他原材料(如煤沥青、石油焦等)制备的活性炭,这类活性炭,在产品形状分类中,暂列了沥青基微球活性炭。详细分类见下表[1]:
活性炭吸附的主要特点
吸附剂:能有效地从气体或液体中吸附其中某些成分的固体物质。
吸附剂可按孔径大小、颗粒形状、化学成分、表面极性等分类,如粗孔和细孔吸附剂,粉状、粒状、条状吸附剂,碳质和氧化物吸附剂,极性和非极性吸附剂等。
常用的吸附剂有以碳质为原料的各种活性炭吸附剂和金属、非金属氧化物类吸附剂(如硅胶、氧化铝、分子筛、天然黏土等)。
活性炭与其它吸附剂如硅胶、活性白土、沸石以及各种树脂类吸附剂相比较时,具有许多特点。
(一)、属于非极性吸附
是疏水性的非极性吸附剂,能选择性地吸附非极性物质,而对不饱和的含碳化合物,如含双键或三键的化合物,选择性吸附的能力小。
硅胶、矾土类吸附剂是极性(亲水性)吸附剂,对极性分于的选择性吸附能力大,即对不饱和的含碳化合物的吸附力大。例如,以活性炭和硅胶作为色谱柱,分离溶于石油醚溶液中的肉桂酸、硬脂酸和软脂酸的混合物时,吸附的次序两者恰好相反。
杜宾宁认为,在活性炭的吸附中,由于活性炭的非极性的性质,只有范德华力中的弥散力的作用引起物理吸附。这种弥散力的产生是由于在任何分子(包括非极性分子)之间负电荷在电子云不同点上发生偶然的瞬时集聚而引起的。这特点使活性炭较适合于对有机化合物的吸附,特别是芳香族化合物