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三、活性炭的孔隙大小、分类和各类孔隙的特点和性质 根据空隙的大小，分为大孔、微孔和介于大孔微孔之间的中孔(又称过渡孔)。 1972年国际精细应用化学联合会(IUPAC)根据苏联学者杜宾宁的划分对活性炭的空隙作了以下的分类: 孔隙大小和分类 孔隙各有它们的特殊作用 1. 微孔：所谓微孔，就是在相当于滞后开始时的相对压力下已经被完全充填的那些孔隙。 微孔的半径r相当于被吸附分子的大小。在一般的活性炭中，微孔的容积为 0.20-0. 60cm3/g，约占活性炭总比表面积的90%以上，即数百m2/g,甚至超过10002/g，所以它在很大程度上决定着活性炭的吸附能力。 2.中孔（过渡孔） 中孔：是那些能发生毛细凝聚使被吸附物质液化而形成弯液面，从而在等温线上出现滞后回线的孔隙。它的容积在0.02-0. 1cm3/g，占总比表面积的5%，一般在20-70m2/g。 中孔（过渡孔）的有效半径要比被吸附分子大得多，它的作用是捕捉有机蒸汽，为吸附物分子进人微孔的通道，用来吸附大分子物质，常用于溶液的脱色如用ZnCl2法制得过渡孔特别发达的糖用炭.以除去溶液中分子较大的有色杂质或呈胶体分散的颗粒。化学法制得活性炭的过渡孔容积可达0.7cm3/g，它的比表面积达200-450 2m/g。 中孔的作用： ①在足够高的压力下按毛细凝聚的机理吸附物质蒸气; ②作为被吸附物质达到微孔的通道; ③在液相吸附中对大分子的物质有很好的吸附效果。大孔的孔容通常在0.2-0.8 cm3/g，比表面积最小0.5-2.0 m3/g，主要起通道作用。 当活性炭用作催化剂载体时，催化剂主要是沉积在中孔和大孔内，但也有沉积在微孔内的。 3.大孔 活性炭的大孔容积通常在0.2-0.8 cm3/g，它的比表面积只0.5-2 m2/g。半径大于1000-2000 nm的孔隙。 在这样大的孔隙内技术上是不能 实现毛细凝聚的。比表面的数值这样小，表明它在吸附中不会起明显作用，一般都不希望有，因它会降低活性炭的充填比重和强度。 但是，这些大孔起着输送渠道的作用，当活性炭用作催化剂载体时，较大的孔隙作为催化剂沉积的场所可能是有用的。 吸附速度：单位时间、单位吸附剂的吸附量 吸附速度V决定了废水和吸附剂的接触时间，V越大，则接触时间越短，所需设备容积就越小，反之亦然。 吸附过程一般分为3个阶段： 1.液膜扩散（颗粒外部扩散）阶段 2.颗粒内部扩散阶段 3.吸附反应阶段：吸附质被吸附在细孔内表面上。 吸附反应速度非常快，V主要取决于第I、II阶段速度，而颗粒外部扩散速度（液膜扩散）U=f(c、d、搅动) 溶液浓度C↑，则U↑ 颗粒直径d↓，则U↑ 加强搅动，则U↑ 而颗粒内部扩散速度V=f（细孔大小与构造，吸附质的d） 吸附剂颗粒直径d↓，V↑。 d的大小对内、外部扩散都有很大影响，d↓,V↑。所以，粉末状活性炭比粒状活性炭的吸附速度要快，接触时间短，设备容积小。 7.2.1 气体吸附平衡 Ⅲ类—吸附等温线 压力低时，吸附量很低，只有在压力高时才容易吸附，相应于多层吸附，它的特点是吸附热与被吸附组分的液化热大致相等。 第一吸附层的吸附热小于后继吸附层的吸附热； Ⅲ类比较少见。 多分子层吸附 7.2.1 气体吸附平衡 Ⅳ类—吸附等温线 解吸 吸附 Brunauer提出，微孔尺寸可限制吸附的层数，并且由于发生毛细管冷凝现象，在达到饱和蒸汽压之前显示出很大的吸附程度。 可以认为是由于产生毛细管凝结现象所致。 7.2.1 气体吸附平衡 Langmuir兰茂尔吸附等温式 首先发现氢气吸收大量热后离解为原子的现象，后被应用于原子氢焊接法。 在表面吸附方面，提出单分子吸附层的理论和著名的等温式（即兰茂尔吸附公式）。 1917年设计了“表面天平”，用它可以测出液面上的不溶物表层的表面积，并由此计算出这些物质的截面积，建立了表面分子定向说，并论述了单分子表面膜和有关固体表面吸附性质和行为的理论。 在原子结构方面，发展了电子价键的近代理论。还研究液面上的表面膜，测定分子在膜内的面积，建立了表面分子定向说。 首次实现了人工降雨。 7.2.1 气体吸附平衡 朗格谬尔方程(Langmuir) 单分子层吸附理论，均匀表面，被吸附溶质分子之间没有相互作用力。 q－吸附量 qm－饱和吸附量 p－压力 K －方程参数 该模型在低浓度时简化为亨利定律，符合热力学一致性要求，公认为定性或半定量研究变压吸附的基础。 朗格缪尔的研究认为固体表面的原子或分子存在向外的剩余价力，它可以捕捉气体分子。这种剩余价力的作用范围与分子直径相当，因此吸附剂表面只能发生单分子层吸