活性炭是一种具有高度发达孔隙结构和巨大比表面积的炭材料,其结构主要包括以下几个方面:
石墨微晶:
活性炭的主体部分由石墨微晶构成,这些微晶的层间距在0.34~0.35nm之间,间隙较大。尽管温度高达2000℃以上也难以转化为石墨,这种微晶结构被称为非石墨微晶,绝大部分活性炭属于非石墨结构。
非石墨碳:
活性炭中还包含无定形碳,这些碳在活化过程中产生,形成活性炭的多孔结构。非石墨碳的微晶结构不规则排列,在交叉连接之间有细孔,使得活性炭具有大量的孔隙。
孔隙结构:
活性炭的孔隙结构发达,孔径大小可以达到微米级别。这些孔隙使得水分子、气体分子、离子等物质能够通过,从而实现吸附功能。
堆积密度低:
由于活性炭的多孔性,其堆积密度较低,比表面积大。一立方厘米的活性炭吸附面积可以达到一千平方米左右。
表面化学结构:
活性炭的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。这些表面化学基团与吸附平衡有密切关系。
综上所述,活性炭的结构特点主要表现在其高度发达的孔隙结构和巨大的比表面积,这些特性使其具有很强的吸附能力,广泛应用于各种吸附和净化领域。