水在活性炭上的吸附机理研究进展

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1、2010年38卷第8期厂州化工·83·水在活性炭上的吸附机理研究进展李慧玲，李鑫(华南农业大学理学院应用化学系，广东广州510642)摘要：活性炭被广泛应用在气体净化及空气湿度控制领域。而掌握水在活性炭内部的吸附机理是开发活性炭基功能材料的关键所在。本文综述了两种水在活性炭内部的吸附机理，分别是：毛细冷凝机理及簇增长机理。并从实验验证及计算机模拟验证两个方面详细地阐述了水在不同孔径及表面性质的活性炭上的吸附机理的研究进展，同时，还进一步讨论了其发展的方向和面临的困难。关键词：活性炭；水蒸气吸附；吸附机理；

2、计算机模拟ProgressontheAdsorptionMechanismofWateronActivatedCarbonLIHui—ling，LIXin(DepartmentofAppliedChemistry，CollegeofSciences，SouthChinaAgriculturalUniversity，GuangdongGuangzhou510642，China)Abstract：Activatedcarbonswerewidelyappliedinthefieldsofgaspurifica

3、tionandairhumiditycontro1．Itwasthekeytomastertheadsorptionmechanismofwateronactivatedcarbon．Theadsorptionmechanismwasbrieflyintroduced，whichwererespectivelymechanismofcapillarycondensationandclustergrowthmechanism．Andthestudyofexperimentandcomputersimulat

4、ionontheadsorptionmechanismofwateronactivatedcarbonwithdifferentporousstructuresandsnr—facepropertieswasreviewed．Thenewtrendsanddifficultiesinthesefieldswerealsodiscussed．Keywords：activatedcarbon；watervapor；adsorptionmechanism；computersimulation活性炭是广泛应用于吸

5、附室内气体或空气流中污染物或有第二种机理簇增长理论。该理论首先被Pierce和Smith所毒物质的吸附材料。但当气体的湿度过高时，会大大降低活性推测，并被Dubinin和Serpinsky进一步发展，大多数微孔活性炭炭的净化效果，通常会降低其对有机污染物的吸附容量J，影研究者都支持这种机理，因为它可以很好的解释活性炭表面的响吸附床层的透过曲线等。与此同时，同分子筛等其它湿度控含氧化合物对水蒸气吸附等温线的影响。Pierce和Smith在研制材料相比，活性炭做为除湿材料又具有较低的脱附再生温度究中发现：氯乙

6、烷在非多孔吸附剂上吸附没有滞后环，而水分及再生能耗J。由此可见，研究水分子在活性炭表面的吸附机子吸附时存在滞后环。为了解释这一现象，Pierce和Smith提出理无论是在制备高效的污染物控制材料方面，还是制备节能型了水在平板炭表面的吸附机理，认为水首先在单个的活性位上除湿材料方面，都具有重要的科学价值和实际应用价值。因此，形成水分子团块，然后团块合并，合并以后的大的团块的水分子在分子水平上掌握水是在活性炭内部的吸附机理已成为近年来同时受到两个活性位的作用力(如图1所示)。作用力增强的结多孔材料和表面科学研

7、究的热点之一。果导致其表面蒸汽压降低，从而出现滞后现象(如图2所示)。到目前为止，对于水在活性炭表面的吸附机理，主要有两种看法J：(1)毛细冷凝的机理；(2)簇增长机理。因此，本文主要从机理、试验验证及计算机模拟三个方面对两种机理进行分析。XAY1水在活性炭上的两种吸附机理第一种机理是毛细冷凝机理。其理论依据是水蒸气吸附等温线上存在吸附滞后现象，这种滞后被认为是与毛细冷凝机理相关联的。Juhola用Kelvin公式分析水蒸气吸附等温线，认为它B们可以替代N：吸附等温线，用来评价吸附剂的孔径分布。但图l平滑

8、的碳表面的吸附水的典型示意图是，表面基团和矿物质是公认的影响水蒸气吸附等温线两个因(A)活性中心x和Y形成；(B)随着压力增加逐渐合并素，因此，这种方法未能被广泛地接受和认可。主要的缺陷是Fig．1SchematicrepresentationofwaleradsorptionOnplanecarbonsurface．Kelvin公式被应用在水蒸气的微孔吸附时没有物理根据，因为在(A)Thedmpletfirstformeda