活性炭的表面化學性質

　　與活性炭吸附性能最直接的因素是表面的氧化物復體的性能。活性炭的結構、其化學組成甚至活化方式都可以引起或改變活性炭的表面化學性質，從而引起吸附性能的變化。

　　從活性炭本身的結構來說，活性炭的分子化學結構由基本微晶構成，在二維空間與石墨類似，由呈六角形的碳原子平行層片組成，在高溫活化時，由于燒卻等原因，形成晶格缺陷，出現晶格歪扭或不完整，邊角上的碳原子存在剩余價健或不成對電子，因而使該點碳原子由于共價鍵的不飽和而有更大的反應趨勢。一般來說表面氧化物分為酸性和堿性官能團兩大類。酸性官能團包括：羧基、酚羥基、內酯基、醇基、酮基、醚基等，如下圖所示：

　　這些官能團使活性炭具有一定的化學吸著能力。并使活性炭表面可以進行鹵化、氫化、氧化等作用以及在許多反應中起催化作用，從而增強活性炭的吸附性能。

　　從活性炭的化學組成以及加工方式來說，活性炭有5％-20％的重量由非炭物質所組成，這其中主要包括了金屬元素和一些氧化物、含氧官能團。活性炭中金屬元素所占成分的多少主要由加工活性炭的原材料決定，例如煤質炭所含的金屬元素就稍比木質炭多一些。活性炭中灰份和其他雜原子的存在使活性炭的基本結構產生缺陷和不飽和價，氧和其它雜原子吸著于這些缺陷上，形成了部分氧化物或含氧官能團，其含量主要決定于制造活性炭的原材料、活化溫度以及活化過程中與炭化產物與氧氣的接觸情況。另外，采用化學法活化的活性炭還經常會有一些活化藥劑殘留在活性炭表面并與之結合，這些因素都會引起活性炭表面極性的變化，使活性炭帶有一定的弱極性。因而由于表面化學特性的作用，活性炭不僅可以去除水中的非極性吸附質，還可以去除一些極性吸附質，甚至是某些微量的金屬離子及其化合物。活性炭表面氧化物的成分主要受活化過程影響。在400度左右的溫活化時，主要形成羧基、醇基、羚基等酸性官能團，隨著活化溫度的升高，酸性官能團越來越少，而羥基、醚基等堿性官能團逐漸增加。當活化溫度達到850℃時，羧基等酸性官能團完全消失，而羥基等堿性官能團達到最大值。活化溫度超過850℃時，堿性官能團略有減少，酸性官能團略有增加。我國活性炭多在900℃左右的溫度下活化，所以活性炭表面含氧官能團主要是堿性官能團。這些官能團在水溶液中發生離解，使活性炭表面具有某些陽離子特性，極性增強，與水中酸性物質結合，形成活性炭物理化學吸附的又一特點。