木材→木炭→活性炭的結(jié)構(gòu)演變過程
木材主要成分纖維素、半纖維素和木素在熱解過程互相之間沒有交互作用，分別研究各主要成分的熱分解炭化過程的結(jié)構(gòu)演變，就可知木材的炭化過程如何從木材結(jié)構(gòu)演變?yōu)槟咎拷Y(jié)構(gòu)的。
根據(jù)對不同熱解溫度木材纖維素炭化物的x射線衍射和紅外光譜分析，提出如下纖維素在炭化過程中的結(jié)構(gòu)演變模型：
（1）150℃前是脫水。
（2）150-240℃，進(jìn)一步脫水，生成酮醇互變的中間產(chǎn)物。
（3）240-400℃，斷鏈，一部分生成左旋聚糖（焦油中間物），一部分生成炭化中間產(chǎn)物（終生成木炭），部分脫水，分解生成CO、CO2和其他產(chǎn)物，經(jīng)（4）生成木炭。
（4）400-700℃，脫H2、芳化，由（3）經(jīng)四碳中間物演變成木炭結(jié)構(gòu)。
半纖維素是木材主要成分中不穩(wěn)定部分，代表半纖維素的木聚糖的熱解反應(yīng)和纖維素的相類似。
仔細(xì)研究了纖維素、木素及木材的熱解過程，認(rèn)為纖維素（半纖維素亦同）經(jīng)過脫水，生成酮醇型互變的殘?zhí)腔儺悩?gòu)造：
進(jìn)一步氧化分解后形成芳香族構(gòu)造：
木素在熱解過程中由木素的構(gòu)造經(jīng)縮合而變成多環(huán)芳香族構(gòu)造。
據(jù)日本資料烏炭的比表面積達(dá)375-429m2/g，白炭213-254m2/g。不同炭化溫度的微晶大小見表2-7。有的把600℃以前熱處理的炭叫炭前驅(qū)體，并認(rèn)為：由于原料和處理溫度的不同如圖2-8所示又有易石墨化炭前驅(qū)體和難石墨化炭前驅(qū)體之分。
| 炭化溫度（℃） | 層間距離（0.02）（10-1nm） | 微晶大小（10-1nm） | |
| c軸方向 | d軸方向 | ||
| 400 | 3.72 | 7.8 | / |
| 500 | 3.72 | 7.6 | / |
| 600 | 3.72 | 8.1 | 14.4 |
| 700 | 3.67 | 7.9 | 23.8 |
| 800 | 3.67 | 8.3 | 26.5 |
| 900 | 3.60 | 8.0 | 26.7 |
| 1000 | 3.63 | 8.7 | 32.3 |
| 1100 | 3.60 | 8.3 | 30.7 |
活性炭的結(jié)構(gòu)取決于原料及熱處理的條件，原料炭化過程已獲得結(jié)構(gòu)的雛形，而在活化過程進(jìn)一步完善定形。
據(jù)原蘇聯(lián)資料，落葉松炭活化過程結(jié)構(gòu)演變見表2-8。隨炭化溫度升高，固定碳含量增加，芳化度和縮合度增加，而比電阻率卻大大地降低，相當(dāng)于有機(jī)半導(dǎo)體。木炭用氣體法活化，隨燒失率增加，先脂肪族、后芳香族碳格子燒失，而且沿微晶高度方向比直徑方向燒失的快，結(jié)果微晶平均統(tǒng)計(jì)厚度增加。從雛晶到活性炭微晶的完善過程，微孔、中孔逐漸增多，吸附能力增加。
| 炭活化（C） | 固定碳（%） | 比電阻率（Ω·M） | 芳化度 | 縮合度 | 微晶大?。?0-1nm） | 吸附力 | |||||||
| 徑 | 高 | 層距 | 碘（%） | 亞甲基藍(lán)mg/g | 糖密（%） | ||||||||
| 炭化 |
400 500 600 700 800 900 |
71.45 82.7 90.5 92.3 92.15 93.2 |
9.87×107 1.83×106 4.42 1.18×10-2 3.82×10-3 2.40×10-3 |
0.761 0.859 0.923 0.926 0.931 0.929 |
0.211 0.245 0.288 0.323 0.377 0.434 |
17.88 21.89 22.73 26.14 28.69 30.71 |
9.32 10.41 10.69 10.99 11.30 11.81 |
3.97 3.95 3.93 3.88 3.83 3.79 |
2.54 5.10 7.60 3.80 5.10 3.80 |
2.0 2.5 3.75 4.25 4.75 6.75 |
4.50 5.17 6.02 9.54 9.78 15.3 |
||
| 活化 | 燒失率% |
9.6 15.4 21.0 49.3 |
C% |
97.3 96.7 96.1 95.6 |
6.46×10-3 8.65×10-3 9.70×10-3 1.98×10-2 |
29.67 33.65 41.68 43.73 |
11.31 11.97 11.96 11.46 |
3.93 3.93 3.93 3.93 |
37.0 51.2 70.8 95.7 |
15 45 75 225 |
18 26 30 97 |
||
