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。

仔細研究了纖維素、木素及木材的熱解過程，認為纖維素（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。

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，相當于有機半導體。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。