活性炭为什么具有吸附作用?（疏松多孔就一定会吸附吗?为什么?）

Question

活性炭为什么具有吸附作用?（疏松多孔就一定会吸附吗?为什么?）

Answer 1

三个方面来说明：第一,孔隙具有吸附势,靠碳分子与被吸附分子的引力（主要是范德瓦斯力）而形成的,孔径越小,吸附势越强.第二,分子运动理论：①一切物体均由分子或原子组成,分子（原子）间有间隙；②分子（原子）是处于永不停息漫无规则的热运动状态,分子间相互碰撞很频繁,在标准状态下,甲醛分子的自由运动速度为450m/s,一个甲醛分子与其它分子每秒要碰撞109次/S（几十亿次）；若贴近所研究表面的甲醛分子数密度,时时刻刻与远处的甲醛分子数密度相等,则每秒有约2.7×1027个甲醛分子（约130㎏）碰在每平方米面积上；③分子间有相互作用力,一般表现为引力.第三,碰撞分子的直径与活性炭孔隙直径要匹配,若分子直径大于孔隙直径,则分子碰活性炭时,进不了孔隙而被弹回到空中；若分子直径远小于孔隙直径,则分子即使碰到了孔隙,也有可能跑出来,孔径越大,跑出来的概率也越大,使吸附率越小；当分子直径略小于孔径时,分子碰到孔以后难于跑出来,即被吸附了.被吸附的分子数量多,表明其吸附能力越强.经查实与计算,某些物质分子的有效直径如表1所示：
这里需要重新讲一下 活性炭结构的特点：
在结构上有两大特点：一是内部与表面孔隙发达.由孔隙直径大小分为三类：大孔（φ≥50nm）,约占总孔容积的10～30％；微孔（φ≤2nm）约占总孔容积的60～90％；中孔又称过渡孔（2nm≤φ≤50nm）,约占总孔容积的5～7％.孔隙平均直径约为1.5nm.二是比表面积大.即1克活性炭粒子的表面积与所有孔隙面积的总和,一般活性炭为500M2/g至1500㎡/g,国外的超级活性炭可达3000㎡/g（约为足球场面积）.孔隙结构越发达比表面积越大,其吸附功能越强.
附几种有气体分子直径：
由以上数据可知,只有孔隙直径大于0.45nm而小于2.0nm的微孔才能吸附有毒有害气体,而正好活性炭的这些微孔占总孔数的90％以上,所以对吸附这些有毒有害气体的效果而言,活性炭是最理想的.