通常为粉状或粒状具有很强吸附能力的多孔无定形炭。由固态碳质物(如煤、木料、硬果壳、果核、树脂等)在隔绝空气条件下经600~900℃高温炭化,然后在400~900℃条件下用空气、二氧化碳、水蒸气或三者的混合气体进行氧化后获得。
炭化使碳以外的物质挥发,氧化可进一步去掉残留的挥发物质,产生新的和扩大原有的孔隙,微孔结构。低温(400℃)的炭称l-炭,高温(900℃)的炭称h-炭。h-炭须在惰性气氛中,否则会转变为l-炭。炭的吸附性能与氧化时气体的化学性质及其浓度、温度、程度、炭中无机物组成及其含量等因素有关,主要取决于气体性质及温度。
炭的含炭量、比表面积、灰分含量及其水悬浮液的ph值皆随温度的提高大。温度愈高,残留的挥发物质挥发愈完全,微孔结构愈发达,比表面积和吸附愈大。
炭中的灰分组成及其含量对炭的吸附有很大影响。灰分主要由k2o、na2o、cao、mgo、fe2o3、al2o3、p2o5、so3、cl-等组成,灰分含量与制取炭的原料有关,而且,随炭中挥发物的去除,炭中的灰分含量大。
理化特性
根据炭的外形,通常分为粉状和粒状两大类。粒状炭又有圆柱形、球形、空心圆柱形和空心球形以及不规则形状的破碎炭等。随着现代工业和科学技术的发展,出现了许多炭新品种,如炭分子筛、微球炭、炭纤维等。
孔隙结构
炭是由石墨微晶、单面网状碳和无定形碳三部分组成,其中石墨微晶是构成炭的主体部分。炭的微晶结构不同于石墨的微晶结构,其微晶结构的层间距在0.34~0.35nm之间,间隙大。即使温度高达2000 ℃以上也难以转化为石墨,这种微晶结构称为非石墨微晶,绝大部分炭属于非石墨结构。石墨型结构的微晶排列较有规则,可经处理后转化为石墨。非石墨状微晶结构使炭具有发达的孔隙结构,其孔隙结构可由孔径分布表征。炭的孔径分布范围很宽,从小于1nm到数千nm。有学者提出将炭的孔径分为三类:孔径小于2nm为微孔,孔径在2~50nm为中孔,孔径大于50nm为大孔。
炭中的微孔比表面积占炭比表面积的95以上,在很大程度上决定了炭的吸附容量。中孔比表面积占炭比表面积的5左右,是不能进入微孔的较大分子的吸附位,在较高的相对压力下产生毛细管凝聚。大孔比表面积一般不超过0.5m2/g,仅仅是吸附质分子到达微孔和中孔的通道,对吸附过程影响不大。
