粉末活性炭的表层氧化物分析

粉末活性炭的表面氧化物与炭的制备有关，在800~900度C下用水蒸气、二氧化碳制备的粉末活性炭，表面碱性氧化物占优势，它能吸附无机酸、呈碱性反应，称之为H型炭。在300~500度C以湿空气氧化或化学法制备的粉末活性炭，表面常以酸性氧化物占优势，它能吸附氢氧化钾，呈酸性反应，通常称之为L型炭。

粉末活性炭一般是疏水性的，疏水和亲水特性的相对比例取决于炭的制备方法。通常在低温下制备的粉末活性炭其疏水性较小，一般在高温活化下的比表面积大、孔径小，呈疏水性。

有趣的是，将400度制备的具有碱性吸附特性的炭，随着加热到900℃，炭会变成具有酸性吸附的特性，如将这种炭在湿空气中以400度C再加热，又会重新出现碱性吸附。可见炭的表面氧化物，从一种形式到另一种形式似乎是可逆的。一般地说，炭的表面氧化物受制炭原料和加工条件（即工艺条件）不同而异。如测定一种工艺制造的炭，炭上的固定氧为1.7%，而在另一种工艺条件制造的炭，炭上的固定氧为3.7%，有报道用特殊工艺在400℃下而暴露于氧气中的特制炭，氧的浓度竞可达到18%之多。

粉末活性炭属非极性吸附剂，能在水溶液中有效地吸附各种非极性有机物质，对吸附极性物质则有困难，为了使粉末状活性炭对极性物质有吸附性能，则必须对粉末活性炭表面进行极性化，极性化方法有多种，如通过酸处理和控制温度下使炭表面的碳原子增加含氧基团，由于含氧基团都带有极性，所以氧化处理后的粉末活性炭不仅增加了表面含氧基团的数量，而且提高了极性，使其能顺利地优先吸附具有一定极性的溶质。

在活性炭表面的氧和氢，大多是以化学键形式结合于炭的活泼点上，形成稳定的表面氧化物（络合物），最常见的表面氧化物的官能团有：羧基、酚羟基、醌型羰基、内酯等。鉴定其存在的方法一般常用的是：

活性炭除了上面四种官能团外，还发现有醚、过氧化物、二羧酸酐、碳基等多种官能团。炭的表面还不仅和氧、氢结合，而且也存在着含硫、氯、氮等官能团结合。此外用浓硝酸氧化粉末活性炭，同时添加碱金属、白金族金属，结果能够从电子自旋共振信号看到数量相当多的自由基存在。但由于炭的表面化学和其性能极为复杂，所以有关科学工作者们认为，粉末活性炭的表面化学结构，目前是尚未明确的一个领域。

炭原材料的主要成分是碳，其本身是没有积极性的，呈疏水性。粉状活性炭表面还有可能含氮官能团。它一般来源于利用含氮原材料的制备工艺过程和粉状活性炭与人为引入的含氮试剂的化学反应。目前对于含氧官能团的表征还可以用Boehnm的滴定法。Boehm滴定法是由H.P.Boehm提出的对活性炭含氧官能团的分析方法。目前活性炭的分析测定可以依据国家标准进行。一般认为碳酸氢钠和羟基，碳酸钠中的羟基与内酯基，根据消耗碱的含量可以计算出相应含氧官能团的含量。Boehm滴定法是目前最简便最常用的活性炭化学分析方法。粉状活性炭的吸附性能已经扩展到更为广泛的领域，其用途也更为广阔。

将碳素物质加热炭化时，炭以外的元素，如氧、氢等依次脱离炭的构造，由于加热或炭化条件不同，因而在炭表面形成各种有机官能团，在活性炭表面已检测出的有机官能团有：羧基、酚型氢氧基、醌型羰基、醚类、过氧化物、酯类、荧光素、炭酸酐、环状过氧化物等。

对碳化物进行热处理，最终可看作是炭。炭结合依次向石墨结晶过渡，其中间产物是非石墨质炭，随着温度由低到高，氧、氢等元素相继离开。这时表面氧化物的形式是：低温时是含氧多的——COOH，然后是——OH多，高温状态下——COOH减少，而C=0增多。

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