研究表明，活化反应通过以下三个阶段最终达到活化浩孔的目的。第一阶段:开放原来的闭塞孔。即高温下，活化气体首先与无序碳原子及杂原子发生反应，将炭化时已经形成但却被无序的碳原子及杂原子所堵塞的孔隙打开，将基本微晶表面暴露出来。

第二阶段:扩大原有孔隙。在此阶段，暴露出来的基本微晶表面上的C原子与活化气体发生氧化反应被烧失，使得打开的孔隙不断扩大、贯通及向纵深发展。

第三阶段:形成新的孔隙。微晶表面C原子的烧失是不均匀的，同炭层平行方向的烧失速率高于垂直方向，微晶边角和缺陷位置的C原子即活性位更易与活化气体反应。同时，随着活化反应的不断进行，新的活性位暴露于微晶表面，于是这些新的活性点又能同活化气体进行反应。微晶表面的这种不均匀的燃烧不断地导

致新孔隙的形成。

几随着活化反应的进行，孔隙不断扩大，相邻微孔之间的孔壁被完全烧失而形成较大孔隙，。导致中孔和大孔孔容的增加，从而形成了活性炭大孔、中孔和微孔相连接的孔隙结构，具有发达的比表面积。

气体活化法的基本原理是采用水蒸气、烟道气(主要成分为C02)或其混合气体等含氧气体作为活化剂，在高温下与C接触发生氧化还原反应进行活化，生成CO, C02, H:和其他碳氢化合物气体，通过C的气化反应(烧失)达到在碳粒中造碳的目的。其主要化学反应式如下：

C 2H20一2 H2 CO2一79. 6kJ

C十H20一H2 CO一542. lkJ

C CO2一2CO一712. 7kJ

从上述三个化学反应式可以看出，三个反应均是吸热反应，即随着活化反应的进行，活化炉的活化反应区域温度将逐步下降，如果活化区域的温度低于800C ,上述活化反应就不能正常进行，所以在活化炉的活化反应区域需要同时通人部分空气与活化产生的煤气燃烧补充热量，或通过补充外加热源，以保证活化炉活化反应区域的活化温度。

活化工艺控制的主要操作条件包括活化温度、活化时间、活化剂的流量及温度、加料速度、活化炉内的氧含量等。

催化活化法是气体活化法工艺的一种发展，它是在炭化料生产过程中加人少量的催化剂(一种或几种)，当炭化料进行活化时，催化剂催化炭化料与水蒸气、二氧化碳(烟道气)等活化剂的气化反应，生产出具有特殊孔隙结构或高吸附性能的活性炭产品。

气体活化法基本适合于所有含碳材料用于制造活性炭的生产过程。国内外气体活化法生产活性炭最常用的活化气体(活化剂)是水蒸气和烟道气，烟道气则是水蒸气活化过程中产生的煤气经过燃烧而制得，活化过程是水蒸气和烟道气的交替活化或两者的混合气体活化。 2100433B

活化反应属于气固相系统的多相反应，活化过程中包括物理和化学两个过程，整个过程包括气相中的活化剂向炭化料外表面的扩散、活化剂向炭化料内表面的扩散、活化剂被炭化料内外表面所吸附、炭化料表面发生气化反应生成中间产物(表面络合物)、中间产物分解成反应产物、反应产物脱附、脱附下来的反应产物由炭化料内表面向外表面扩散等过程。 一物料在炭化过程中已形成了类似石墨的基本微晶结构，在微晶之间形成了初级孔隙结构，不过由于这些初级孔隙结构被炭化过程中生成的一些无序的无定形碳或

焦油馏出物所堵塞或封闭，因此炭化料的比表面积很小。

气体活化的过程就是用活化气体与C发生氧化还原反应，侵蚀炭化物的表面，同时除去焦油类物质及未炭化物，使炭化料的微细孔隙结构发达的过程。通过气化反应，使炭化料原来闭塞的孔开放、原有孔隙的扩大及孔壁烧失、某些结构经选择性活化而产生新孔的过程。孔隙的形成与C的氧化程度密切相关，在一定的活化烧失率范围内，活化气体与炭化料的气化反应程度越深，生产出的活性炭比表面积就越大、孔隙就越发达、活性炭的吸附性能就越好。杜比宁(Dubinin)理论认为，烧失率小于50%时，得到的是微孔活性炭;烧失率大于75%时，得到的是大孔活性炭;烧失率在50%-75%时，得到的是具有混合结构的活性炭。

活化能萌芽

活化能是一个化学名词，又被称为阈能。这一名词是由阿伦尼乌斯（Arrhenius）在1889年引入，用来定义一个化学反应的发生所需要克服的能量障碍。活化能可以用于表示一个化学反应发生所需要的最小能量。反应的活化能通常表示为E_a，单位是千焦耳每摩尔（kJ/mol）。

活化能表示势垒（有时称为能垒）的高度。活化能的大小可以反映化学反应发生的难易程度。

活化能提出

在Arrhenius提出活化能概念之前，人们对溶液反应曾总结出这样一个规则：溶液温度每升高10℃，反应速率将成倍增加。并且，在1878年，由英国科学家Hood最早通过实验归纳出一经验关系式：

式中B、C是经验常数。

随后，范特霍夫于1884年在讨论温度对化学反应平衡常数影响的基础上，首先对上式作出了初步的理论说明。他从热力学严格地导出了描述温度与化学平衡常数K之间关系的方程式，对于溶液反应K_c可写成：

并导出了温度与反应速率常数之间的关系式：

不过他没有给出A的物理意义以及确定的I方法，因此当时没能引起人们的重视

1889年，Arrhenius 通过大量实验与理论的论证，揭示了反应速率与温度的关系Arrhenius经验公式，其形式如下 ：

指数式

对数式

微分式

活化能完善

阿伦尼乌斯提出了活化能的概念，但对活化能的解释不够明确，特别是把活化能看作是与温度无关的常数，这与许多实验事实不符。 20世纪20年代，科学家托尔曼（Tolman）运用统计热力学来讨论化学反应速率与温度的关系，并于1925年推导出下面的反应式：

很多反应若按阿仑尼乌斯的经验公式，以lnk对1/T作图，常得到的图形是一根曲线，而不是直线，这表明活化能并不是一个常数。事实上， 和 都与温度有关， 因此E _a也应是温度的函数，但在有些情况下二者的温度效应可能彼此抵消，此时活化能则与温度无关。 托尔曼所推导出的公式较好地弥补了阿伦尼乌斯理论的一些不足与缺陷，不再将活化能与温度相互隔离开来，而是提出了一个更为普遍与更具说服力的一种解释。

活化能基本定义

活化能是指化学反应中，由反应物分子到达活化分子所需的最小能量。以酶和底物为例，二者自由状态下的势能与二者相结合形成的活化分子的势能之差就是反应所需的活化能，因此不是说活化能存在于细胞中，而是细胞中的某些能量为反应提供了所需的活化能。

事实上，对基元反应，E _a可以赋予较明确的物理意义。分子相互作用的首要条件是它们必须“接触”，虽然分子彼此碰撞的频率很高，但并不是所有的碰撞都是有效的，只有少数能量较高的分子碰撞后才能起作用，E _a表征了反应分子能发生有效碰撞的能量要求。而对非基元反应，E _a就没有明确的物理定义了，它实际上是组成该总包反应的各种基元反应活化能的特定组合。在复杂反应中，E _a称为该总包反应的表观活化能（apparent activition energy），A称为表观指数前因子（apparent pre-exponetial factor） 。

化学反应速率与其活化能的大小密切相关，活化能越低，反应速率越快，因此降低活化能会有效地促进反应的进行。酶通过降低活化能（实际上是通过改变反应途径的方式降低活化能）来促进一些原本很慢的生化反应得以快速进行（或使一些原本很快的生化反应较慢进行）。影响反应速率的因素分外因与内因：内因主要是参加反应物质的性质；在同一反应中，影响因素是外因，即外界条件，主要有浓度、压强、温度、催化剂等。

活化能化学反应的活化能

实验证明，只有发生碰撞的分子的能量等于或超过某一定的能量E _c(可称为临界能)时，才可能发生有效碰撞。具有能量大于或等于E _c的分子称为活化分子。

不同的反应具有不同的活化能。反应的活化能越低，则在指定温度下活化分子数越多，反应就越快。

不同温度下分子能量分布是不同的。图2中是不同温度下分子的能量分布示意图 。当温度升高时，气体分子的运动速率增大，不仅使气体分子在单位时间内碰撞的次数增加，更重要的是由于气体分子能量增加，使活化分子百分数增大。图中曲线t1表示在t1温度下的分子能量分布，曲线t2表示在t2温度下的分子能量分布(t2>t1)。温度为t1时活化分子的多少可由面积A1反映出来；温度为t2时，活化分子的多少可由面积A1 A2反映出来。从图中可以看到，升高温度，可以使活化分子百分数增大，从而使反应速率增大。

活化能定律公式

活化能阿伦尼乌斯公式

非活化分子转变为活化分子所需吸收的能量为活化能的计算可用阿伦尼乌斯方程求解。阿伦尼乌斯方程反应了化学反应速率常数K随温度变化的关系。在多数情况下，其定量规律可由阿伦尼乌斯公式来描述：

式中：κ为反应的速率系（常）数；E _a和A分别称为活化能和指前因子，是化学动力学中极重要的两个参数；R为摩尔气体常数；T为热力学温度。

（1）式还可以写成：

lnk=与-1/T为直线关系，直线斜率为-E _a/R，截距为 lnA，由实验测出不同温度下的κ值，并将lnκ对1/T作图，即可求出E值。

例：由E _a计算反应速率系数k

当已知某温度下的k和Ea，可根据Arrhenius计算另一温度下的k，或者与另一k相对应的温度T。

2N ₂O ₅(g) = 2N ₂O ₄ (g) O ₂(g)

已知：T ₁=298.15K，k ₁=0.469×10 ^-4s，T ₂=318.15K，k ₂=6.29×10 ^-4s。 求：Ea及338.15K时的k ₃。

K ₃=6.12×10 ^-4S

活化能复杂反应中反应活化能的定义

在元反应中，并不是反应物分子的每一次碰撞都能发生反应。S.A.阿伦尼乌斯认为，只有“活化分子”之间的碰撞才能发生反应，而活化分子的平均能量与反应物分子平均能量的差值即为活化能。近代反应速率理论进一步指出，两个分子发生反应时必须经过一个过渡态——活化络合物，过渡态具有比反应物分子和产物分子都要高的势能，互撞的反应物分子必须具有较高的能量足以克服反应势能垒，才能形成过渡态而发生反应，此即活化能的本质。

对于复合反应，由上述实验方法求出的E值只是表观值，没有实际的物理意义。

活化能物理意义

阿仑尼乌斯（S．A．Arrhenius）发现化学反应的速度常数k和绝对温度T之间有

活化能的物理意义一般认为是这样：从原反应体系到产物的中间阶段存在一个过渡状态，这个过渡状态和原系统的能量差就是活化能E，而且热能RT如不大于E，反应就不能进行。也就是原系统和生成物系统之间存在着能垒，其高度相当于活化能。其后埃林（H．Eyring）从过渡状态（也叫做活性络合物）和原系统之间存在着近似的平衡出发，对速度常数k导出了如下的关系 ：

k为通透系数，K是波尔兹曼常数，h是普朗克常数，ΔG*、ΔS*、ΔH*分别为活化自由能、活化熵和活化焓。而且活化自由能与活化焓大致相等。酶促反应主要就是由于降低了活化自由能。

活化指数的一般测定方法是，称取一定量表面改性后的粉体样品，置于盛有一定容积纯净水的烧杯中，以一定转速搅拌1~2min；然后静置，等溶液澄清后，刮去水溶液表面的粉体物料，并将沉入烧杯底的粉体物料过滤、烘干、称重。然后根据下式计算活化指数，即：

以上讲的是在水相中表面改性粉体的“活化指数”进行测定，也可在有机溶剂相，如液体石蜡、煤油等中测定改性粉体的“活化指数”。

应当指出，活化指数不能作为粉体表面改性产品的唯一质量指标。一方面，用不同的表面改性剂改性后，活化指数可能不同，但绝不意味着，活化指数越高，表面改性效果就越好，应该结合其他指标，如吸附类型、与高聚物基料的作用以及应用性能指标来综合考虑，例如对于煅烧高岭土，用硬脂酸进行表面改性后其活化指数一般来说要高于硅烷偶联剂，但对煅烧高岭土应用性能的改善远不如硅烷偶联剂，因为硅烷偶联剂与高岭土的作用为化学吸附，吸附较牢固，而且分子中还含有与高聚物基料的偶联作用基团。