果壳活性炭的孔隙主要形成于活化阶段。在该过程中,基本微晶之间的各类含碳化合物及无序碳被清除,有时部分碳也会从微晶的石墨层中去除,从而形成丰富的孔隙。孔隙的大小、形状和分布特征会受到原料种类、炭化条件及活化工艺等因素的影响,进而使其具备不同的吸附功能。
根据孔径大小,孔隙可分为三类:大孔(孔径 > 50 nm)、中孔(即过渡孔,孔径 2~50 nm)和微孔(孔径 < 2 nm)。这些孔隙在果壳活性炭内部相互贯通,形成类似树状的层级结构。
高分辨透射电子显微镜研究显示,微孔来源于微晶中弯曲或变形的芳香环层或碳带之间的分子级间隙。孔隙形态多样,可呈现为一端封闭或两端开放的毛细管孔、入口狭窄的瓶状孔,以及狭缝形、V 形等不同几何形状。 在吸附过程中,大孔的内表面可发生多层吸附,但其在活性炭中占比较小,主要作为吸附质分子进入内部的通道,影响吸附速率。中孔的作用与大孔类似,同样影响传质速率,同时也为无法进入微孔的大分子提供吸附位点。
果壳活性炭的吸附容量主要由微孔贡献,微孔能在质量损失极小的条件下形成巨大的比表面积,从而赋予活性炭优异的吸附性能。