粉末活性炭表麵的自由基與吸附

粉末活性炭具有物理的、化學的吸附功能,物理吸附為範德華吸附,它有可逆性。化學吸附屬於靜電力的範圍,有化學反應性,吸附後吸附質分子與吸附劑表麵原子之間有電子傳遞形成吸附化學鍵組成表麵絡合物,它與原吸附質分子相比其結構變化較大,由於吸附鍵的影響,吸附質分子有的被撕成原子或自由基而束縛起來。

粉末活性炭不論是物理吸附或化學吸附,都受其內表麵積大小和孔徑分布及表麵氧化物所影響。一般活性炭都存在有表麵氧化物,它的多少與自由基相關密切,自由基帶有一個或多個不成對價電子的原子或原子團,這些不成對的電子,總希望獲得或失去一個電子而成鍵。處於不穩定狀態的自由基,它會與另一個自由基中的未配對電子偶合起來構成鍵而趨向於穩定。

炭的自由基可以直接用電子順磁共振證實,它的活性差別很大,從非常活潑能引起連鎖反應(特殊情況下),到非常穩定而能夠分離出來的都有,一般自由基都是反應的中間產物,它的活性與結構之間的關係可以歸納如下:
(1)共軛效應:具有共軛效應(離域效應)的自由基比較穩定。
(2)極性因素:碳原子連接有極性基團的自由基,與極性相反的物質反應呈現較大的活性,吸引電子基團使自由基穩定。
(3)空間位阻:體積較大的基團妨礙了反應中心的靠近,將使自由基活性降低。

粉末活性炭表麵上的一些自由基是與含氧官能團相關的,當炭高度氧化時,其自由基濃度亦隨之增加,當炭粒在高溫條件下脫氧時,將導致表麵氧和自由基濃度下降。同時也使其表麵反應的能力降低。有報導指出:通過7射線照射會使活性炭上的不對稱電子濃度增加,從而使催化活性增大。所以有研究者認為:今後可以期待活性炭將作為固體自由基催化劑而得到發展。
總之粉末活性炭在其微孔(內外)平麵層邊緣原子或外露晶格的缺陷移位和斷層各端處,帶有活潑點,具有未配對的不對稱電子,在一定條件下傾向於同外界分子和分解成的原子起化學吸附作用,使自由價得到飽和,正由於這些作用,在氣相或液相中的某物質(包括自由基),與活性炭相接觸時會被吸附結合於炭的活潑點上形成穩定的表麵氧化物(絡合物)。

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