比表面积和孔结构对VOCs吸附能力的影响

        吸附材料表面积为吸附过程提供了场所，增加了吸附剂与VOCs发生作用的概率，比表面积大意味着吸附性能优越，一般通过打开闭孔或形成新孔来增加吸附剂的比表面积。适当的酸处理和碱处理可以有效地扩大材料的表面积，提高其吸附能力，但过量的酸碱也可能导致孔洞破坏或塌陷从而减少表面积。研究发现，比表面积最高的活性炭并不总是表现出对有机化合物最好的吸附能力，这证明了材料对VOCs的吸附受到多种因素的影响。以活性炭为吸附剂，考察比表面积和孔结构对吸附能力的影响，结果表明对VOCs的吸附主要受孔道扩散控制，且吸附剂的填充密度越小越容易穿透。

        碳质吸附材料的微观结构特别是孔径分布决定了其对VOCs的吸附能力，研究发现，制备原料和条件会影响其比表面积和孔特性。不同活化温度对多孔炭材料物理结构的影响规律，发现活化温度对孔径的影响较为显著，随着活化温度的升高，炭材料的孔隙结构经历从低到高又到低的过程。
        一般来说，微孔是吸附的主要部位，但在狭窄的孔隙中扩散阻力增大，也会导致吸附率较低；中孔增强了颗粒内的扩散，缩短了吸附时间。因此，吸附材料的孔径决定了能被吸附的VOCs分子的大小，根据尺寸排阻理论，只有当孔隙直径大于VOCs的分子直径时，VOCs分子才能进入吸附材料的孔隙。因此，最佳吸附发生在孔径与吸附质分子尺寸相匹配的地方，微孔有利于小体积VOCs的吸附，中孔等大孔隙更适合大分子VOCs的吸附。对于同一类型的VOCs，分子的直径越大，吸附剂之间孔壁的叠加性越强；吸附键能越强，VOCs的吸附能力越大，较大的VOCs分子表现出较低的吸附能力。
        正己烷、甲苯、乙酸乙酯等不同目标物质在活性炭、5A、NaY、13X等吸附剂上的吸脱附行为，采用色谱法与热重法对不同VOCs分子在不同吸附剂上的吸脱附行为进行了热力学研究，发现物理吸附的作用力大小与吸附剂的孔径分布和分子直径相关，当吸附质分子靠近吸附剂表面时，固体表面与分子之间发生相互作用，当分子处于两个表面的时候会产生势能叠加（例如狭缝孔），而圆柱或球形孔的势能会更大。

来源：大城小E