活性炭的表面化學性質

（1）活性炭的表面官能團在制備活性炭的活化反應中，微孔進一步擴大形成了許多大小不同的孔隙，孔隙表面一部分被燒掉， 化學結構出現缺陷或不完整，此外由于灰分及其他雜原子的存在， 使活性炭的基本結構產生缺陷和不飽和價，使氧和其他雜原子吸附于這些缺陷上與層面和邊緣上的碳反應形成各種鍵，以至形成各種表面功能基團，因而使活性炭產生了各種各樣的吸附特性。對活性炭吸附性質產生重要影響的化學基團主要是含氧官能團和含氮官能團。

低的活性炭表面表現出堿性特征以及陰離子交換特征。除了含甎棊團外，含氮官能團也對活性炭的性能產生顯著影響。活性炭表面的
含無官能團主要取決于活性炭的制備方式。活性炭表面的氮原子可
以通過活性炭與含氮試劑反應和用含氮原料制備?種方式引人。活
性炭表面可能存在的幾種含氮官能團如圖所示1。 '
(2)活性炭表面化學結構的分析表征活性炭上的主要雜原子為氧原子，最常見的官能團為羧基、內酯基、羥基和酚羥基。這些基團使活性炭在水中呈兩性。利用這種酸堿特性可以測定出表面的含氧基團.
①Boehm滴定法[15，16，19]它根據不同強度的堿與酸性表面氧化基團反應的可能性對含氧官能團進行定性與定量分析。一般認為NaHCa(pK=6.37)僅中和炭表面的羧基，Na2C03 (pK= 10. 25) 可中和炭表面的羧基和內酯基，而NaOH(pi( = 15. 74)可中和炭表面的羧基、內酯基和酚羥基。根據滅消耗量的不同，可計算出相應的官能團的量，
②零電荷點PZCW，is]水溶液中固體表面凈電荷為零時的pH值，稱為零電荷點PZC (point of zero charge), PZC為表征活性炭表面酸?性的一個重要參數。而IEP為水溶液中固體表面電勢C為零時的pH值，稱為等電點（isoelectric point)。如果不存在除H+、 OH—之外的吸附離子，則pHpzc-pH!^如果發生非電勢決定離子的特殊吸附，則二者向相反的方向偏移。PZC與活性炭酸性表面氧化物特別是羧基有著密切關系，它與Boehm滴定存在著很好的相關關系。IEP—般通過電泳法測定。有研究認為通過電泳法測得的IEP為活性炭的外表面特征，由于0H-和H+比活性炭的微孔要小。因此，通過滴定法測定出的PZC，對應的是活性炭的全部表面或絕大部分表面特征。 '
③ X射線光電子能譜XPSO'21]    XPS (X-ray photoelectrof
spectroscopy)是一種有效的監測表面化學結構的分析手段，采用Gaussion/Lorentizian函數所得譜圖進行曲線擬合，該技術依據愛
因斯坦的光電效應來測定表面元素的原子的價電子或內層電子的結合能。原子被髙能X射線轟擊，能發射出的光電子其平均逃逸深度為0.5?2nm，故只能探測位于表面的物種。其主要用途是用于
測定由表面元素引起發射光電子的結合能發生位移的化學環境的變化。通過對特定原子（如C， N, 0)的鍵能進行掃描不僅可以定
量測定樣品表面的元素組成，而且可以分析元素的結合形式。
④ 傅里葉變換紅外光譜法FT-IR[7.20]  紅外光譜可以測知分子的轉動態和振動態，從而可以得出關于被吸酎物質中心及被吸附物質與表面之間鍵合的性質。由于活性炭為黑色，對紅外輻射吸收強，同時表面不均勻的物理結構又加大了紅外光的散射，而且極易被"背景"吸收，因此，一般認為只要碳含量大于94%就不適合于采取紅外光譜分析。而傅里葉變換紅外技術（Fourier transformjiifeared spectroscopy, FT-IR)，由于采取了干涉光裝置，來自全光譜的輻射在整個掃描期間始終照射在檢測器上，使光通量增大， 分辨率提髙。FT-1R偏振性較小，可以累加多次，快速掃描后進行記錄。已成為活性炭表面官能團定性分析的有力工具。
⑤ 熱重分析根據不同官能團的熱穩定性不同，在惰性氣體中熱分解，得到樣品失重的微分曲線和積分曲線。失重曲線可間接反映出活性炭的表面結構尤其是表面官能團種類。

果殼活性炭是利用優質無煙煤、木炭或各種果殼等作為原料，通過物理或化學方法經過特殊工藝加工的，具有發達孔隙結構和比表面積的一種碳制品，由于果殼活性炭這種特殊的空隙結構，使得它具有極強的吸附能力，因此被廣泛用于空氣凈化、防毒防護、水處理、溶劑脫色等工業及民用領域。近年來，隨著人們對果殼活性炭的逐步認識，果殼活性炭市場也飛速發展，但在發展的同時，各種質量低劣的果殼活性炭產品也趁虛而入，嚴重影響了果殼活性炭市場的正常發展，給消費者造成不良的后果。為了讓消費者能夠選擇到放心的產品，這里就如何選擇優質果殼活性炭做一個簡要的說明。

       果殼活性炭雖然在外型和用途方面可以有許多品種，但果殼活性炭有一個共同的特性，那就是“吸附性”。果殼活性炭產生吸附性的原因就是因為它有發達的孔隙結構，就象我們所見到的海綿一樣，在同等重量的條件下，海綿比其他物體能吸收更多的水，原因也是因為它具有發達的孔隙結構。但果殼活性炭的這種孔隙結構是肉眼無法看見的，因為他們只有1×10-12mm—10-5mm之間，比一個分子大不了多少。果殼活性炭孔隙發達的程度是難以想象的，若取1克果殼活性炭，將里面所有的孔壁都展開成一個平面，這個面積將達到1000平方米（既比表面積為1000g/m2）！影響果殼活性炭吸附性的主要因素就取決于內部孔隙結構的發達程度。

       在生產過程中，提高果殼活性炭吸附性能的唯一辦法就是控制生產工藝，使單位體積內盡可能多地增加果殼活性炭的孔隙結構。因此吸附性越高的果殼活性炭由于含有大量的孔隙，使得其本身的密度變得越來越小，這就是為什么吸附性越好的果殼活性炭手感越輕的原因（前提是使用同一種原料生產，沒有浸過水或吸附過其他物質）。同時隨著吸附性的提高果殼活性炭的生產成本也就越高，而且是呈幾何級數增長，這就是市場上有用低吸附果殼活性炭冒充高吸附果殼活性炭銷售的動機。