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活性炭吸附塔中活性碳纤维表面化学结构

   活性炭吸附塔中活性碳纤维固体表面原子呈不饱和结构,具有独特的表面化学性能,微晶在燃烧温度低时易与氧化介质发生反应生成氧化产物,主要有羧基、酚基、醌基等含氧基团,及含硫基、氮元素、卤素等官能团。其表面酸性与吸附平衡有密切的关系。按照国际纯粹与应用化学联合会(IUPAC)的分类标准,吸附剂的细孔分为三类:孔径大于50nm的为大孔,2nm~50nm的为中孔,0.8nm~2nm的为微孔以及小于0.8nm的为亚微孔。
  活性炭纤维的孔主要是乱层结构炭和石墨微晶形成的微孔。微孔的大量存在使活性炭纤维的表面积变大,同时也使其吸附量提高。吸附剂中的大孔是作为被吸附分子到达吸附位的通道,它控制着吸附速度;活性炭纤维其纤维直径一般在10nm~13nm、外表面积大、微孔丰富且分布窄、易于与吸附质接触、扩散阻力小,所以其吸脱附速度快,有利于吸附分离。而且,可以根据需要制成毡、布、纸等各种形态,适应于多种用途。活性炭纤维是由CF活化而成。CF为多晶乱层石墨结构,转化成活性炭纤维后,结构基元不变化。
  活性炭纤维是非均匀性的多相结构。由于高温水蒸气将部分原子脱去后形成微孔结构使之生成羧基、羰基等含氧活性基团,使其表面的酸性增加。比表面积约为1200m2/g,远大于CF,在苛刻条件下活化时可达3000m2/g。活性炭纤维为分布狭窄单一孔径的微孔结构,其孔可以产生毛细管的凝聚作用。由于具有微孔,其吸附、脱附速率远大于两个数量级,吸附量大。在填充床中流体的床层阻力小,可作为催化剂与催化剂载体使用在活性炭纤维分子内的痕量杂原子为磷、氮、氯等。
  在活化时,部分杂原子被脱去后,表面的杂质大大减少。由于活化中氧化气体的作用,表面含氧基团增强,主要有酸性基团,如羧基等。中性基完备如羰基、内酯基等。碱性基团有过氧化基等。活性炭纤维会因活化的方法不同,而生成不同表面含氧基与表面酸碱性不同的产物。在水的作用下,其氧化还原能力强。由于水的存在可以使一些基团氧化成羟基。由此在表面含氧基团数目增加后,表面氧化还原容量变大。

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