活性炭的基本晶体结构

白云碳素原创    
2019-05-14 09:12:50
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活性炭主要是以木炭、木屑、各种果壳(椰子壳、杏壳、核桃壳等)、煤炭和石油焦等高含碳物质为原料,经炭化活化而制得的多孔性吸附剂。活性炭基本上是非结晶性物质,它由微细的石墨状结晶和将它们联系在一起的碳氢化合物部分构成,其固体部分之间的间隙形成孔隙,赋予活性炭所特有的吸附性能。 活性炭的物理结构具体是怎样的呢? 活性炭的基本晶体结构活性炭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。 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1-3nm的结晶除了石墨微晶外,活性炭还含有l一3个无定形炭,并且还有杂原子,由石墨微晶和无定形炭所构成的多相物质决定着活性炭独特的结构。

活性炭属于一种无定性炭(如木炭、炭黑、焦炭),但与活性炭最初的原料如木材和果壳等相比,活性炭原料经炭化、活化等过程后,其中部分碳原子之间已形成了微晶炭(活性炭的基本结晶),其面网结构与石墨 ( graphite )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。除微晶炭外,活性炭前躯体经炭化、活化等过程后仍然有部分未晶化的炭,活性炭被认为是由微晶群和其他未组成平行层的单个网状平面以及无规则炭组成的多相物质。 目前,在 X 射线分析的基础上,已发现活性炭的微晶炭有两种不同的结构,一种是类石墨结构的微晶炭,其大小随炭化温度而变化,大小约由三个平行的石墨层所组成,其宽度约为一个炭六角形的 9 倍,它与石墨相比,微晶炭中平面面网之间排列不整齐,称为“乱层结构”;另外一种微晶炭是由于石墨网结构之问的轴向不同,面网之间的间距也不整齐,或石墨层间扭曲,可能因杂原子(如氧、氮等)的侵入而稳定,炭六方面网被空间交联而形成无序的结构。