中孔

活性炭各种类型的孔隙在吸附过程中的作用

活性炭的孔隙大小是不均匀的多分散体系，一般可分为三种类型的孔，即大

孔、过渡孔和微孔。了解每一种孔在吸附过程中的作用是非常重要的，它对活性

炭的制造工艺研究、活性炭的应用研究和活性炭的静态和动态吸附理论研究都将

起到指导作用。也可以说研究活性炭（包括其他吸附剂）的各类孔隙在吸附过程

中的作用，就是研究活性炭的最核心问题。那么，在研究活性炭各种类型孔隙在

吸附过程中的作用之前，首先我们应该搞清楚下列几个问题：

1.活性炭的孔隙结构状况

活性炭是多孔性的含碳吸附剂，在每粒活性炭中，都包含有大小不同的孔，

这些孔是怎样分布的，有没有一定的规律性。在这里我们可以形象地比喻活性炭

中的孔隙分布好似一棵大树，被成语 过渡孔是大孔的分枝，微孔是过渡孔的分枝。微孔

的出口开于大孔和颗粒外表面的总分数，与微孔的出口开于过渡孔表面的分数相

比，所占比例是非常小，甚至可以忽略不计。下面举一例来说明这个问题。对一

般常用活性炭来讲，各类孔隙的比表面积和外表面积为：

大孔比表面积0.5~2m/g

过渡孔比表面积20~70m/g

微孔比表面积800~1000m/g

而其外表面积也很小，我们可以用下列公式来进行计算：

dpppn

n

S

63

)3(4

4



•

•







式中n一颗粒个数

P一固体的密度，m/cm.

设直径为

1

.5

m

m的球形颗粒活性炭，固体密度为0.5g/cm,求它的外表面积：

01.0008.0

15.015.0

66







dp

S

从对活性炭的外表面积计算的结果来看，活性炭外表面积比起过渡孔和微孔

的

比

表面积，更是微不足道的，即使加上大孔的比表面积，也是可以忽略的。由

此可见活性炭的孔隙结构确实成树枝结构体系。

2.关于活性炭各种孔隙类型的名称

目前活性炭的各种类型孔隙名称，叫法很混乱，各种称谓都有。为了在应用

中不发生错误，在这里将它们归纳一下，供大家参考：

微型孔，简称微孔，又叫吸附孔，小孔；

过渡型孔，简称过渡孔，又称中孔，毛细孔以及输送孔；

大型孔，简称大孔，又叫输送孔。

为什么孔隙的称谓如此复杂呢？主要是因为各种类型的孔隙在吸附过程中

和吸着过程中的功能不一样，作用不一样，人们从不同的角度上去理解它，因此

就出现各种不同的称谓。

3.活性炭各类孔隙容积的合适比例

活性炭（包括其他吸附剂）各类孔隙容积的合适比例是一个非常重要的问题，

它直接关系到活性炭的动态吸附性能和使用性能。如果活性炭只有发达的吸附孔

容积，没有与之相匹配的输送孔，吸附速率上不谭永麟 去，就不能很好的发挥吸附孔的

作用。反之虽有足够的输送孔，但没有足够的吸附孔，吸附性能欠佳，这种活性

炭就不是优良吸附剂。对于一种优良的活性炭来讲，它不但要有大的吸附容量，

同时也要有较高的吸附速率，这种活性炭才是我们所要求的优良炭吸附剂。所以

说，只看静态吸附量大小，是不能断定这种炭是好炭还是较差的炭。对于活性炭

而言，它的各类孔隙容积是怎样一个比例才算合适呢？根据杜比宁院士的意见，

一般煤制活性炭的孔隙容积分配比例应为：

总孔容积0.75~0.85cm/g

大孔容积0.30~0.35cm/g

过渡孔容积0.02~0.10cm/g

微孔容积0.35~0.40cm/g

当然这种比例也不是绝对的，随着活性炭的孔隙发达程度的提高，可作适当

的调整。

4.各类孔隙在吸附过程中的作用

（1）大孔

大孔的直径（或宽度）的下限为50nm，上限可达1105nm,在这样大的曲率

半径孔隙的表面上吸附，和在平面上吸附没有两样，即由单分子层到多分子层的

吸附。大孔孔容积一般为0.30～0.35cm/g，比表面积一般为0.5~2m2/g,如此

小的比表面积对吸附贡献甚小，可以忽略不计。但大孔在吸附过程中起输送通道

作牛尾汤 用。被吸附的分子只有通过大孔，才能进入中孔，经过中孔，才能进入微孔而

被吸附。因此大孔又被称为输送孔。这里还要着重指出，在有机蒸气吸附过程中，

甚至于吸附已饱和的状态下，大孔容积也不能被充填。

（2）过渡孔

在吸附过程中，被吸附的有机蒸汽分子是经过大孔、中孔，扩散到微孔中，

被微孔吸附，进入活性炭的颗粒内部。因此大孔和过渡孔均称为输送孔，不过过

渡孔起着更细一级的输送作用。当微孔吸附达到饱和时，过渡孔孔壁上已经形成

吸附膜，在吸附膜的自由空间内，被吸附的有机蒸气形成弯月面，这时毛细凝聚

开始，在此情况下有时又将过渡孔称为毛细孔。另外我们更应该清楚地知道，过

度孔不仅仅是起输送作用，它的比表面也是添加催化剂的主要场所。所以说活性

炭是吸附剂，又是优良的催化剂载体。

（志愿活动心得 3）微孔

活性炭的比表面积90%以上是由微孔提供的，对气体或蒸气的吸附也主要靠这种

孔，正因为这样，又把微孔称为吸附孔。气体或蒸汽在微孔中的吸附不同于在大

孔、过渡孔或无孔吸附剂表面上的吸附。其主要特点是在微孔的整个容积中存在

着吸附力场的叠加，或称为场的叠加效应。被吸附的蒸气分子进入微孔后，将受

到孔周壁吸附力的同时作用，所受到的合力远大于吸附剂的其他孔表面对蒸气分

子的吸引力。至于这个分子吸附到哪一个位置上，就看哪里的力场最强而定。气

体或蒸气分子在微孔中吸附，不是首先在孔壁上形成吸附层，而是被吸附的蒸气

分子在微孔中充填。原因是这种孔的大小和被吸附的蒸气分子，同属于一个数量

级。因此，杜比宁认为，对于微孔吸附而言，微孔的比表面积已失去它的物理意

义。同时杜比宁在研究活性炭对蒸气吸附时还发现，被吸附蒸气的体积远远超过

活性炭微孔的容积所容纳的体积，这是因为蒸气分子在吸附力的作用下缩短了分

子间的距离，而被压缩成液态所致。