活性炭晶體結(jié)構(gòu)

    根據(jù)x射線衍射研究證實，活性炭的典型結(jié)構(gòu)與石墨的典型結(jié)構(gòu)近似?；钚蕴繉儆跓o定形碳或微晶形碳，其結(jié)構(gòu)與石墨相類似，是由多環(huán)芳香族環(huán)組成的層面晶格，見圖1。圖2是石墨和活性炭的典型結(jié)構(gòu)示意圖。從圖中看出，石墨是由聯(lián)結(jié)成六角形的碳原子層組成，各層之間由范德華力（VanderWaalsforce）維系在約0.335nm的距離，任何一個平面上的碳原子都處在下面一層六角形中部的上方。而活性炭則不像石墨那樣有規(guī)則排列，它的六角形碳環(huán)有很多已經(jīng)斷裂，其總體結(jié)構(gòu)較紊亂。

    微晶形碳的結(jié)構(gòu)比石墨缺乏完整性，在微晶形碳中有兩種不同的結(jié)構(gòu)，一種是和石墨類似的二元結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)網(wǎng)平面平行，形成相等的間隔，而層平面在垂直方向上取向不完全，層與層之間的排列也不規(guī)則。這就是所謂的亂層結(jié)構(gòu)，見圖3。由具有亂層結(jié)構(gòu)的碳排列成一個單位，稱作一個基本結(jié)晶，這個基本結(jié)晶的大小隨炭化溫度而變化。基本結(jié)晶間的錯動便形成孔隙，這是起吸附作用的部位。另一種是由碳六角形不規(guī)則交叉連接而成的空間格子所組成，石墨層平面中有歪斜現(xiàn)象。可以把這種結(jié)構(gòu)看作是由于有像氧那樣的不同原子侵入的結(jié)果。這種不同原子的存在對活性炭的化學吸附和催化作用有較大影響。

    除金剛石之外的碳素物質(zhì)可分為易石墨化碳素和難石墨化碳素，見圖4。圖中（a）是軟的，（b)是硬的。據(jù)認為，易石墨化碳素可能是由亂層結(jié)構(gòu)組成的，而難石墨化碳素可能是由具有交叉連接的晶格結(jié)構(gòu)所構(gòu)成。基于微晶形炭的軟硬差異，可以推斷活性炭等微晶形炭存在著兩種類型的混合結(jié)構(gòu)。

    活性炭基本結(jié)晶的大小和長度隨原料和活化條件的不同而不同。可分為類似炭黑那樣的軟結(jié)構(gòu)和類似木炭那樣的硬結(jié)構(gòu)。軟結(jié)構(gòu)由于結(jié)晶是由比較簡單的連鎖集合而成，容易氧化分解；硬結(jié)構(gòu)是由于結(jié)晶互相交叉連鎖結(jié)合而成，難以氧化。以氯化鋅活化的炭，屬炭黑式的結(jié)構(gòu)多一些，而以水蒸氣活化的炭則以木炭式結(jié)構(gòu)多一些，特別是粒狀活性炭更傾向此類結(jié)構(gòu)。