活性炭的化學結構

　　一、活性炭的元素組成

　　碳是活性炭的主要元素成分。以扣除灰分后的總重量為基準計算，通常碳含量在90％以上，氧含量在5％以下，氫含量小于2％。灰分中常見的金屬元素有鈣、鎂、硅、錳、鐵、鋁、鉀、鈉等，常見的非金屬元素有磷、氮、硫、砷、硼等。它們在活性炭中的存在狀態對活性炭在催化、催化劑載體、電池的電極方面的應用具有較大的影響。酸洗和水洗是去除灰分的主要工業方法。氯化鋅法生產的活性炭還含有少量的氯。

　　灰分的絕大部分能溶于酸，能用酸洗、水洗除去。如一種含灰分4.3%的活性炭用蒸餾水抽提后灰分減少到3.1%，進一步用醋酸抽提用蒸餾水洗滌，灰分減到1.7%,最后用氫氟酸抽提燕餾水洗滌，灰分只剩0.2%。工業上一般用鹽酸處理。但酸洗會增加活性炭表面含氧絡合物-活性炭的極性增加。

　　二、活性炭的表面化學結構

　　非碳元素的存在狀態主要有兩種，一種是與富于反應性的類石墨微晶端面上的碳原子或單個碳網平面邊緣上的碳原子結合，形成表面化合物；第二種是以雜原子的形態進入類石墨微晶或游離的單個碳網平面的結構之中。

　　活性炭中的氧和氫大部分是以化學鍵和碳原子相結合形成有機官能團，它是活性炭組成的有機部分。松煙和活性炭中的氧含量較多，而且含有各種形態結合的氧，而焦炭和炭黑中幾乎不含以醚類形式結合的氧。在松煙和炭黑試樣中，常含有揮發物質，這些物質能和重氮甲烷和格林試劑起反應，所以，它的數值有偏大的情況。

　　大部分的氫是同碳原子直接結合的。據研究，炭中的氧、氫和其他原子是和基本微晶的邊緣或角上的碳原子相結合，因為這些碳原子的化合價沒有被周圍的碳原子所飽和，因此，它們的反應性較大。同祥，在晶格有缺陷的位置L的碳原子，例如在扭歪的或不完整的碳的六角環上的碳原子，也有更大的反應性，因而趨向于和氧、氫等元素結合。

　　活性炭的表面氧化物的形成和種類

　　表面氧化物的形成：炭在活化時所含氫、氧不斷減少，同時炭在活化過程也會吸附一些外來的氧，因此，可以認為，活化和對氧的吸附是同時進行的。活性炭吸附的氧，一部分是化學吸附，形成表面氧化物，當脫附時是以二氧化碳或一氧化碳的形式釋放出來，這是由于生成的表面氧化物發生熱分解。表面氧化物對活性炭吸附酸或堿影響很大，如把活性炭加入電解質溶液中，能引起溶液酸堿度的變化，這就是很好的說明。

　　表面氧化物的種類：根據對活性炭表面化學進行的研究，推測表而氧化物分為A、B、C三種模式：酸性氧化物（氧化物C）和堿性氧化物（氧化物A和B)。在活性炭材料表面可能存在下面含氧官能團：羧基、酸酐、酚羥基、羰基、醌基、內酯基、乳醇基、醚基。