活性炭的表面化学性质

　　与活性炭吸附性能最直接的因素是表面的氧化物复体的性能。活性炭的结构、其化学组成甚至活化方式都可以引起或改变活性炭的表面化学性质，从而引起吸附性能的变化。

　　从活性炭本身的结构来说，活性炭的分子化学结构由基本微晶构成，在二维空间与石墨类似，由呈六角形的碳原子平行层片组成，在高温活化时，由于烧却等原因，形成晶格缺陷，出现晶格歪扭或不完整，边角上的碳原子存在剩余价健或不成对电子，因而使该点碳原子由于共价键的不饱和而有更大的反应趋势。一般来说表面氧化物分为酸性和碱性官能团两大类。酸性官能团包括：羧基、酚羟基、内酯基、醇基、酮基、醚基等，如下图所示：

　　这些官能团使活性炭具有一定的化学吸着能力。并使活性炭表面可以进行卤化、氢化、氧化等作用以及在许多反应中起催化作用，从而增强活性炭的吸附性能。

　　从活性炭的化学组成以及加工方式来说，活性炭有5％-20％的重量由非炭物质所组成，这其中主要包括了金属元素和一些氧化物、含氧官能团。活性炭中金属元素所占成分的多少主要由加工活性炭的原材料决定，例如煤质炭所含的金属元素就稍比木质炭多一些。活性炭中灰份和其他杂原子的存在使活性炭的基本结构产生缺陷和不饱和价，氧和其它杂原子吸着于这些缺陷上，形成了部分氧化物或含氧官能团，其含量主要决定于制造活性炭的原材料、活化温度以及活化过程中与炭化产物与氧气的接触情况。另外，采用化学法活化的活性炭还经常会有一些活化药剂残留在活性炭表面并与之结合，这些因素都会引起活性炭表面极性的变化，使活性炭带有一定的弱极性。因而由于表面化学特性的作用，活性炭不仅可以去除水中的非极性吸附质，还可以去除一些极性吸附质，甚至是某些微量的金属离子及其化合物。活性炭表面氧化物的成分主要受活化过程影响。在400度左右的温活化时，主要形成羧基、醇基、羚基等酸性官能团，随着活化温度的升高，酸性官能团越来越少，而羟基、醚基等碱性官能团逐渐增加。当活化温度达到850℃时，羧基等酸性官能团完全消失，而羟基等碱性官能团达到最大值。活化温度超过850℃时，碱性官能团略有减少，酸性官能团略有增加。我国活性炭多在900℃左右的温度下活化，所以活性炭表面含氧官能团主要是碱性官能团。这些官能团在水溶液中发生离解，使活性炭表面具有某些阳离子特性，极性增强，与水中酸性物质结合，形成活性炭物理化学吸附的又一特点。