活性炭孔结构对二噁英吸附性能的影响

活性炭的孔结构主要包括比表面积、孔容和孔径分布等，是影响活性炭吸附性能的关键参数，也是影响二噁英吸附的重要因素。二噁英在活性炭上的吸附实质上是一个孔隙填充的过程。二噁英分子通过外扩散与活性炭表面接触后，通过活性炭表面的孔通道内扩散至孔隙中。因此在吸附过程中，活性炭的孔径与二噁英分子大小需要匹配才能发生有效的吸附[6,7]。

中国林业科学研究院林产化学工业研究所古可隆[7]指出，吸附剂利用率最高时，吸附剂的孔径与吸附质分子直径最佳比值为 1.7~3，若吸附剂需重复再生，这一比值为3~6。解立平[9]根据吸附剂的孔径与吸附质分子直径比值关系，计算得到活性炭吸附二噁英分子的有效孔径范围为2.3~4.1nm， 若活性炭需重复再生，这一有效孔径范围为4.1~8.2nm。

日本学者立本英机，安倍郁夫等指出，活性炭的比表面积和孔容是影响吸附二噁英的重要因素，并根据已有研究成果提出作为除去二噁英类化合物使用的活性炭应具备以下基本性质：

（1）平均孔隙直径为2.0~5.0nm；

（2）比表面积在 500m2/g 以上；

（3）比孔容积在0.2cm3/g 以上；

（4）粒径平均为20μm。

浙江大学能源清洁利用国家重点实验室马显华等[11]研究中了具有代表性的 4 种不同的活性炭：专用吸附二恶英的 Norit GL50 活性炭（木质）、医用 732 针剂活性炭（木质）、褐煤活性炭（煤质） 和椰壳活性炭（果壳）。通过比表面积和孔结构表征发现Norit GL 50 活性炭的微孔、中孔、大孔的分布很均匀， 而椰壳活性炭则拥有很丰富的中孔分布，褐煤活性炭和732 针剂活性炭的孔径分布则集中在接近微孔的中孔段。

四种活性炭的二噁英的毒性当量移除效率分别是椰壳活性炭96.62%、Norit GL 50活性炭80.66%、褐煤活性炭81.72%、医用 732 针剂活性炭90.91%。由此可以看出，椰壳活性炭移除二噁英效果最好，这是因为其拥有非常丰富的2~20nm段中孔分布的并有适量的大孔提供二噁英进入的通道的活性炭，在吸附二噁英上表现良好。
该实验室的Zhou等[12]继续研究了三种活性炭为褐煤活性炭（煤质）LignAC 、椰壳活性炭（果壳）CnAC和医用活性炭（木质）MAC、的孔结构参数与二噁英脱除效率之间的相关性。三种活性炭比表面积和孔结构和毒性当量脱除效率如表1。其通过分析活性炭的孔结构的各项参数，得出活性炭的孔结构与二噁英的毒性当量脱除相关性如下：中孔容积Vmeso ＞总孔容积Vt ≈微孔容积Vmicro＞＞BET 比表面积SBET ＞微孔表面积Smicro。

邵旋[13]以1,2,3,4-四氯苯作为二噁英的模拟物研究四种活性炭对二噁英脱除效率，表面积及孔结构表征显示AC1、AC2、AC5 三种活性炭均以微孔分布为主，含有少量中孔，大孔很少。在1~2 nm 微孔段和 2~3 nm 中孔段有明显的峰，在 2~3 nm中孔段AC1>AC5>AC2，在 3~5 nm 中孔段AC5>AC1=AC2，在 5~33 nm 中孔段AC5 含量比 AC1 和 AC2高，脱除率关系为 AC1为98.8%>AC5为95.82%>AC2为89.62%， 与在 2~3 nm 中孔段范围内含量关系相同。AC7基本没有微孔，以中孔及大孔为主，其中 2~4 nm 段中孔数量很少，4~33 nm 段中孔数量逐渐升高，其脱除率最低，只有 22.67%。由此，可以推测适宜吸附二噁英的孔为 2~3nm 范围内的中孔。

中国城市建设研究院有限公司的郭祥信和浙江大学能源清洁利用国家重点实验室的王沛玥等[14]共同研究了煤质活性炭、椰壳/煤质活性炭和椰壳活性炭孔结构参数对二噁英气相吸附的影响。三种活性炭比表面积和孔结构和毒性当量脱除效率如表2。

其孔结构参数与毒性当量脱除效率的相关性强弱排序如下：中孔孔容＞总孔容＞中孔比表面积＞ BET 比表面积 >> 微孔比表面积＞微孔孔容。这与Zhou的研究结果类似。