活性炭孔隙度納米形態(tài)，我們了解活性炭是廣泛使用的吸附劑，但是納米形態(tài)仍然還需要探索。盡管如此，最近在表征活性炭的微孔性和碳質(zhì)結(jié)構(gòu)方面取得的進(jìn)展在這些材料共同的框架中得到了實驗證據(jù)。通過繪制使用DR方法計算出的平均孔徑與其相應(yīng)的特定微孔體積的關(guān)系曲線，由各種前體制備并用不同常規(guī)方法活化的活性炭根據(jù)三個線性區(qū)域自行聚集。在同樣的表示中，經(jīng)過瞬態(tài)氧化處理的活性炭也導(dǎo)致線性行為，但具有非常高的斜率。在目前的研究中，提出了基于結(jié)構(gòu)填充方法的簡單幾何孔隙度模型，并在KOH和CO2活化的活性炭和經(jīng)過改性的椰殼活性炭上進(jìn)行了測試。常規(guī)活化過程似乎主要涉及相鄰結(jié)構(gòu)表面之間可能存在的狹縫狀孔隙，而瞬時氧化處理主要涉及相鄰結(jié)構(gòu)邊緣之間可能存在的星狀孔隙。因此將可以在其它材料活性炭上進(jìn)行測試。

　　活性炭是廣泛的吸附劑，涉及各種工業(yè)和家庭應(yīng)用。其中一些大型工廠已經(jīng)使用活性炭很長時間，比如水廠，廢氣處理。而新的特殊應(yīng)用正處高速發(fā)展中：汽車用天然氣儲存，燃料電池用儲氫器，冷卻系統(tǒng)用二氧化碳儲存器等。對于這樣的工藝過程，需要針對平均孔徑(Lo)，孔徑分布(PSD)和特定微孔體積(Wo)量身定制的活性炭。適用于涉及活性炭的特定工業(yè)應(yīng)用的工藝優(yōu)化的理論方法顯示了整個工藝性能如何通過活性炭微孔紋理剪裁來提高。

　　已經(jīng)提出了通過使用許多物理和化學(xué)精制工藝活化的各種來源的活性炭前體，導(dǎo)致多種多孔特征：平均孔徑，特定微孔體積，表面積和密度。此外，還提出了孔徑擴(kuò)大或縮小的后期加工技術(shù)，以獲得所需的定制多孔結(jié)構(gòu)活性炭。盡管如此，盡管有這些眾多的成果，但活性炭材料在其納米結(jié)構(gòu)方面，特別是其孔形態(tài)和孔壁結(jié)構(gòu)方面仍然不甚了解。在最近的研究發(fā)現(xiàn)，大部分活性炭紋理根據(jù)三個線性域聚集：碳分子篩域，通過常規(guī)活化方法獲得的活性炭的結(jié)構(gòu)域，微孔率差的活性炭的結(jié)構(gòu)域。這證明了這些材料在它們的紋理參數(shù)中所共有的一些普遍關(guān)系，盡管它們在前體起源和制定路線上有多樣性。

　　使用孔壁結(jié)構(gòu)和孔隙形態(tài)的簡單模型來找出這種關(guān)系的可能結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。在活性炭中遇到的多孔結(jié)構(gòu)的原始但共同的圖像在于形成各向同性且空間均勻的圓柱形孔隙的網(wǎng)絡(luò)，如在多孔剛性海綿中。在圖1a所示的更現(xiàn)實的方法中，一些作者已經(jīng)考慮了這些圓柱形孔徑的徑向分布，這些圓柱形孔徑從大孔向顆粒外表面開放，然后是參與傳質(zhì)的中孔并終止于主要負(fù)責(zé)吸附的微孔材料的容量。圖1b展示了一個非常不同的孔隙度模型，它基于皺巴巴的紙張形態(tài)。構(gòu)成的含碳芳香族片材和帶狀物像紙一樣彎曲和起皺，導(dǎo)致它們之間的分子尺寸的可變間隙，這些是宏觀的和中孔多于微孔的。在這個模型中，有關(guān)孔隙度最終可以被認(rèn)為是狹縫形狀。如圖1c 和1d所示，所謂的狹縫狀孔隙方法已經(jīng)被廣泛開發(fā)。這種孔隙表示的選擇可能是由于其導(dǎo)致最簡單計算的能力而與其他模型相比。實際上，從亞納米到毫米尺度的碳材料多尺度組織研究需要量化數(shù)據(jù)。

　　圖1：活性炭孔隙率模型，(a)徑向分布圓柱孔網(wǎng)，(b)皺紙，(c-d)狹縫狀孔，(e)立方體狀狹縫狀孔，(f-g)微晶方法。

　　活性炭整體微孔性這三種孔狀納米形態(tài)與相應(yīng)的圓柱形結(jié)構(gòu)之間的簡單幾何配置相對應(yīng)，允許與實驗性質(zhì)地數(shù)據(jù)直接比較。在實際的活性炭中，結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)了層疊數(shù)量，層間距和層長度的分布。而且，結(jié)構(gòu)通過各種各樣的結(jié)合物連接在一起，其形狀大致為圓柱形。因此，通過使用通過HRTEM圖像的圖像分析獲得結(jié)構(gòu)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來改進(jìn)所提出的模型。而且，在真正的吸附劑中，孔隙連接在一起并且不被認(rèn)為是隔離的體積。在動力學(xué)研究中，這一事實是非常重要的，因為動力學(xué)研究的差異動力學(xué)可能會導(dǎo)致一些影響。由于本研究中使用的所有實驗數(shù)據(jù)都是在熱力學(xué)平衡下測量的，因此這種孔相互作用對所考慮的參數(shù)沒有影響。活性炭孔隙度的表征必須通過孔隙的非均勻性來考慮，而不是單一的狹縫狀孔隙模型。在低氣壓下，首先填充較高吸附電位的孔隙，然后依次通過降低電位的孔隙填充。因此，如果各種孔隙性質(zhì)的吸附勢的分布不同，則應(yīng)在相應(yīng)的等溫線上觀察到連續(xù)的體系。

　　圖2：活性炭紋理圖和拍面/面狹縫狀孔模型估計，(-)n=10，(- - -)n=0，(粗線)活性炭結(jié)構(gòu)域。

　　活性炭孔隙率遵循三個線性結(jié)構(gòu)域所示的常見趨勢。這一事實表明存在著由不同前體和精制路線的固體部分共同形成的共同形態(tài)。根據(jù)這些多孔固體的近期和各種已發(fā)表的特征，它們的孔壁由基本結(jié)構(gòu)單元的空間排列構(gòu)成，所述基本結(jié)構(gòu)單元由層疊的石墨烯層組成。為了減少模型中的參數(shù)數(shù)量，結(jié)構(gòu)被描述為圓盤狀顆粒，其直徑的特征在于石墨烯層中涉及的苯環(huán)的數(shù)量，并且其厚度由堆疊層的數(shù)量和層間距離。用于工業(yè)宏觀尺寸盤狀顆粒堆積的可用經(jīng)驗相關(guān)性已經(jīng)應(yīng)用于那些納米級結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致在chars和碳分子篩觀察到的實驗微孔體積范圍內(nèi)的值。

　　傳統(tǒng)的KOH和CO2活化的活性炭和改性椰殼活性炭。對應(yīng)于可用的孔隙率在兩個結(jié)構(gòu)面向所謂狹縫狀孔模型之間，導(dǎo)致取決于大多涉及堆疊的層的數(shù)量，并在較小程度上的結(jié)構(gòu)直徑三個常規(guī)紋理域。域II中，通常常規(guī)活性炭的特性，既受涉及制成圖3個4的聚芳族層結(jié)構(gòu)狹縫狀孔模型描述。最后的結(jié)果與在各種活性炭上進(jìn)行的顯微鏡測量結(jié)果非常吻合。非常規(guī)的激活過程如氧化循環(huán)處理導(dǎo)致非常高的斜率的紋理曲線Lo對Wo。狹縫狀孔隙模型不能使用合理的結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)范圍產(chǎn)生這樣的值。事實上，氧化處理只涉及存在于結(jié)構(gòu)邊緣的外圍碳原子。在實驗條件下，基礎(chǔ)聚芳族平面的分子氧和碳原子不能一起反應(yīng)。因此，只有涉及至少一個結(jié)構(gòu)邊緣的孔隙模型可以適用于從這種處理獲得的數(shù)據(jù)。已經(jīng)顯示出兩種簡單的孔隙度納米形態(tài)在所考慮的范圍內(nèi)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)斜率：涉及微晶邊緣和同源面孔的面/邊緣孔隙，并且邊緣/邊緣孔僅涉及同源結(jié)構(gòu)的邊緣。這些結(jié)果將通過研究孔隙拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和幾何參數(shù)分布結(jié)構(gòu)效應(yīng)來完成。由于本研究僅使用KOH和CO2活化的活性炭和椰殼活性炭，所提出的模型不被視為普遍。因此，可以嘗試用不同的原材料和不同的活化方法來制成活性炭測試孔隙度。

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