活性碳纖維氈的結(jié)構(gòu)是怎么樣的？

活性碳纖維氈直徑為5~20m，平均比表面積約為1000~1500m2/g，平均孔徑為1.0~4.0nm，微孔均勻分布在纖維表面。與活性炭相比，活性碳纖維氈孔徑小且均勻，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)小分子物質(zhì)的吸附速率快，吸附速度快，易脫附。與被吸附物接觸面積大，能均勻接觸吸附，使被吸附物得到充分利用。效率高，有纖維、氈、布、紙等各種細(xì)長(zhǎng)姿態(tài)。孔隙直接開(kāi)在纖維表面，其吸附質(zhì)向吸附位的擴(kuò)散路徑短，其外表面積比其內(nèi)表面積高兩個(gè)數(shù)量級(jí)。對(duì)于一些大分子或顆粒物，如粉塵等，體積接近甚至大于活性碳纖維氈的微孔體積，難以被吸附，比活性炭更有優(yōu)勢(shì)。

　　微孔結(jié)構(gòu)

　　微孔半徑小于2nm，孔徑分布窄，特殊微孔單分散，結(jié)構(gòu)由不同大小的微孔組成，中孔和微孔的擴(kuò)散是多分散的，微孔結(jié)構(gòu)之間差異較大，主要是原料不同。活性碳纖維氈中沒(méi)有大孔，只有少量過(guò)渡孔，微孔分布在纖維表面，吸附速率快?；钚蕴祭w維氈絲束的空間充當(dāng)大孔，對(duì)氣相和液相物質(zhì)有很好的吸附作用，其外比表面積大，吸附速率快，是粒徑活性炭的10-100倍。隨著比表面積的增大，孔隙的平均孔徑和孔容增大，吸附后孔隙被填滿(mǎn)。隨著比表面積的增加，其吸附量是顆粒活性炭的10倍，可吸附處理低濃度廢氣或活性高的物質(zhì)?；钚蕴祭w維氈具有堆密度小、過(guò)濾阻力小、吸附高粘度液體物質(zhì)、功率損耗小等優(yōu)點(diǎn)。

　　表面化學(xué)結(jié)構(gòu)

　　活性碳纖維氈表面的原子是不飽和的，具有獨(dú)特的表面化學(xué)性質(zhì)。當(dāng)燃燒溫度較低時(shí)，微晶易與氧化介質(zhì)反應(yīng)生成氧化產(chǎn)物，主要有羧基、酚基、醌基等含氧基團(tuán)和硫基、氮元素、鹵素等官能團(tuán)。其表面酸性與吸附平衡密切相關(guān)。

　　根據(jù)國(guó)際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，吸附劑的微孔可分為三種類(lèi)型：直徑大于50納米的：孔為大孔，2納米至50納米為中孔，0.8納米至2納米為微孔，小于0.8納米為亞微米孔?；钚蕴祭w維氈的孔隙主要是由無(wú)序碳和石墨微晶形成的微孔。大量微孔的存在增加了活性碳纖維氈的表面積，也增加了其吸附能力。吸附劑中的大孔是被吸附分子到達(dá)吸附位點(diǎn)的通道，控制著吸附速率?；钚蕴祭w維氈的纖維直徑為10nm   ~ 13nm，外表面積大，微孔豐富且分布窄，容易與吸附劑接觸，擴(kuò)散阻力小，因此其吸附和解吸速度快，有利于吸附和分離。而且可以根據(jù)需要制成氈、布、紙等多種形式，適用于多種用途?；钚蕴祭w維氈是由CF活化的，CF是多晶無(wú)序石墨結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)化為活性碳纖維氈后，結(jié)構(gòu)元素不變?；钚蕴祭w維氈是一種異質(zhì)結(jié)構(gòu)。由于高溫蒸汽去除了部分原子，形成微孔結(jié)構(gòu)，使其產(chǎn)生羧基、羰基等含氧活性基團(tuán)，增加了表面酸性。比表面積約為1200m2/g，遠(yuǎn)大于CF，在苛刻條件下活化可達(dá)3000m2/g。

　　活性碳纖維氈是一種分布窄、孔徑單一的微孔結(jié)構(gòu)，其孔隙能產(chǎn)生毛細(xì)凝聚。因?yàn)橛形⒖祝奈胶徒馕俾蔬h(yuǎn)遠(yuǎn)不止兩個(gè)數(shù)量級(jí)，吸附容量大。填充床中流體的床層阻力小，可用作催化劑和催化劑載體?；钚蕴祭w維氈分子中的微量雜原子有磷、氮、氯等。在活化過(guò)程中，除去一些雜原子后，表面的雜質(zhì)大大減少。由于活化時(shí)氧化性氣體的作用，表面含氧基團(tuán)增強(qiáng)，主要是羧基等酸性基團(tuán)。中性基團(tuán)是完整的，如羰基、內(nèi)酯基等。堿性基團(tuán)包括過(guò)氧化物基團(tuán)等。

活性碳纖維氈由于活化方法不同，會(huì)產(chǎn)生表面氧基團(tuán)不同，表面酸堿性不同的產(chǎn)品。在水的作用下，其氧化還原能力更強(qiáng)。由于水的存在，一些基團(tuán)可以被氧化成羥基。因此，當(dāng)表面含氧基團(tuán)的數(shù)量增加時(shí)，表面氧化還原能力增加。