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第 2 期 刘 靖，等: 石莼基微/中孔复合结构活性炭的制备及性能 ·227·
性能的影响，结果如图 1 所示。 间达到 45 min 时，KOH 与炭骨架活性点上的碳反
应几乎消耗完全，微晶之间的微孔基本都被打开，
吸附性能达到最佳 [20] 。活化时间过长时，石莼半焦
炭骨架上的碳原子被反应侵蚀，破坏了已形成的孔
结构，使碘吸附值和亚甲基蓝吸附值降低 [21] 。
2.1.3 活化温度对活性炭吸附性能的影响
固定活化时间为 45 min，碱炭比为 3.0∶1.0，
实验方法同 1.2 节，考察了活化温度对活性炭吸附
性能的影响，结果如图 3 所示。一般认为，KOH 活
化反应开始时是固-固反应，KOH 随着温度的升高
而熔融（KOH 熔点为 380 ℃），固液反应消耗碳生
图 1 碱炭比对活性炭吸附性能的影响 成 K 2 CO 3 ；当温度继续升高时，K 2 CO 3 将被分解成
Fig. 1 Effect of mass ratio of KOH to semi-coke on the
adsorption property of AC K 2 O、CO 2 等，K 2 O 进一步与碳反应；当温度达到
800 ℃左右时，被 C 还原的金属 K（沸点 762 ℃）以
由图 1 可知，随着碱炭比的增加，活性炭的亚 蒸气形式析出，进入炭微晶之间进一步活化；但温度
甲基蓝吸附值和碘吸附值先增大后又减小，在碱炭 再升高时，过高的温度将烧蚀微孔，使得已形成的孔
比为 3.0∶1.0 时，二者达到最大值。原因是，KOH 隙结构破坏 [8,22] 。故活化温度为 800 ℃时，活性炭的
与 C 反应进而造孔，反应的主要机理如式（1）~（3） 碘吸附值和亚甲基蓝吸附值均达到最大，分别为
所示。KOH 添加量越多反应越充分，吸附性能得到 1824.19、914.98 mg/g，此时活性炭的吸附性能最佳。
提高。当碱炭比达到 3.0∶1.0 时，KOH 与石莼半焦
炭骨架中活性点上的碳刚好完全反应；当 KOH 含量
过多时，微孔周围的骨架碳原子参与反应，导致微
孔被进一步刻蚀为介孔甚至大孔，比表面积下降进
而导致吸附性能降低 [19] 。
6KOH+2C2K+3H 2 +2K 2 CO 3 (1)
K 2 CO 3 K 2 O+CO 2 (2)
K 2 O+C2K+CO (3)
2.1.2 活化时间对活性炭吸附性能的影响
固定活化温度为 800 ℃，碱炭比为 3.0∶1.0，
实验方法同 1.2 节，考察了活化时间对活性炭吸附
性能的影响，结果如图 2 所示。由图 2 可知，活化 图 3 活化温度对活性炭吸附性能的影响
Fig. 3 Effect of activated temperature on the adsorption
时间较短时，活化反应进行不完全，孔结构相对不 property of AC
发达，活性炭的吸附性能较弱。随着活化时间的不
断增加，石莼的炭骨架上更多的碳与 KOH 反应，孔 2.2 比表面积和孔结构分析
结构更加丰富，活性炭的吸附性能提升。当活化时 将活化温度为 800 ℃、碱炭比为 3.0∶1.0、活
化时间为 45 min 条件下制备的活性炭进行196 ℃
低温氮气吸附-脱附实验，以分析其比表面积和孔径
分布，绘制了吸附等温线，采用 BET 法、Langmuir
法计算比面积，H-K 法分析微孔结构，BJH 法分析
[7]
中孔分布 。
2.2.1 氮气吸附-脱附等温线
图 4 为活性炭的氮气吸附-脱附等温线。由图 4
可知，吸附等温线属于 IUPAC-Ⅳ型等温线 [23] 。根据
毛细孔凝聚理论·Kelvin 方程分析 [12] ，AB 段吸附主
要为单分子层吸附，BC 段吸附主要为多分子层吸
图 2 活化时间对活性炭吸附性能的影响 附，CD 段发生毛细孔凝聚现象，DE 段孔几乎被填满，
Fig. 2 Effect of activated time on the adsorption property
of AC 吸附达到饱和。CD 段的坡度比较平缓，说明中孔分
