块状蜂窝活性炭（常见于废气处理、空气净化等场景，具有规则的蜂窝状孔道结构）的孔隙结构形成过程，是 “宏观蜂窝骨架成型” 与 “微观多孔结构构建” 的结合，核心通过原料配比、成型工艺、炭化与活化处理三个阶段实现，具体如下：
一、宏观蜂窝骨架的成型：构建贯通孔道基础
块状蜂窝活性炭的 “蜂窝状宏观结构” 是区别于颗粒、粉末活性炭的核心特征，其形成依赖成型工艺对原料的定向塑造：
原料混合与塑性调节
原料包括：含碳基材（如煤粉、木质炭粉、树脂粉，粒径 50~200 目）、粘合剂（如煤焦油、树脂、纤维素，占比 10%~20%）、造孔剂（如淀粉、木屑、碳酸氢钠，占比 5%~15%）。
混合过程：将上述原料与水（含水率 20%~30%）搅拌至均匀塑性状态，确保基材与粘合剂充分结合，造孔剂均匀分散（为后续宏观孔道提供 “牺牲骨架”）。
挤出成型：塑造蜂窝结构
通过蜂窝模具挤出：原料在高压（5~20MPa）下通过带蜂窝状孔格的模具（孔格形状多为六边形，边长 1~5mm，壁厚 0.5~2mm），形成具有规则孔道的块状坯体。
关键：模具孔格的规整度直接决定宏观孔道的均匀性，需保证孔道贯通（无堵塞）、壁厚一致（偏差≤0.1mm），否则会影响后续活化的气体 / 液体流通效率。
干燥定型
坯体在 60~120℃下烘干 2~6 小时，去除水分并固化粘合剂，使蜂窝结构定型（避免后续高温处理时变形）。此时的坯体为 “未炭化蜂窝体”，仅具备宏观孔道，无吸附功能的微观孔隙。
二、炭化：去除挥发分，构建碳骨架
炭化是在隔绝空气的条件下（氮气或惰性气体保护），将蜂窝坯体加热至 400~600℃，通过热解反应去除非碳成分，形成初步碳骨架，为微观孔隙提供基础结构：
热解反应
粘合剂（如树脂、煤焦油）和含碳基材中的挥发性成分（如氢、氧、氮化合物）受热分解，以气体形式逸出（如 CO、CO₂、H₂O），在碳骨架中留下原始微孔和浅表层缺陷（孔径多＜2nm）。
造孔剂（如淀粉、碳酸氢钠）在 300~500℃下分解或气化（如碳酸氢钠分解为 CO₂、Na₂CO₃），进一步扩大宏观孔道的连通性，并在孔道壁上形成更多微裂纹（未来微观孔隙的萌芽）。
碳骨架初步固化
残留的碳元素通过芳香化反应形成无序排列的石墨微晶结构，蜂窝骨架的机械强度初步提升（抗压强度可达 0.5~1MPa），但此时孔隙量少（比表面积通常＜300m²/g），吸附性能微弱。
三、活化：构建微观多孔结构，提升吸附性能
活化是蜂窝活性炭孔隙结构形成的核心环节，通过物理或化学方法刻蚀碳骨架，产生大量微孔、中孔，使比表面积和孔容大幅提升（比表面积可达 800~1500m²/g），分为物理活化和化学活化两种方式：
1. 物理活化（气体活化）：通过氧化刻蚀造孔
活化剂：水蒸气、CO₂或空气（控制氧气含量＜5%，避免过度燃烧）。
活化过程：
在 800~1100℃高温下，活化剂与碳骨架发生氧化反应（C + H₂O → CO + H₂；C + CO₂ → 2CO），优先刻蚀碳骨架中排列不规整的部位（如石墨微晶边缘、缺陷处）。
反应初期：刻蚀表面缺陷，形成微孔（＜2nm），是比表面积提升的主要贡献者；
反应中期：微孔进一步扩大或相邻微孔贯通，形成中孔（2~50nm），增加孔容；
反应后期：过度活化会导致中孔扩大为大孔（＞50nm），甚至破坏蜂窝骨架，因此需控制活化时间（1~4 小时）和活化剂流量（如蒸汽流量为原料质量的 1~3 倍）。
特点：孔隙分布均匀，以微孔为主（占比 60%~80%），适合吸附小分子污染物（如 VOCs、甲醛）。
2. 化学活化：通过化学试剂刻蚀与膨胀造孔
活化剂：ZnCl₂、H₃PO₄、KOH 等（多在炭化前浸渍到坯体中，或在活化阶段通入）。
活化过程：
低温阶段（200~500℃）：活化剂与碳骨架中的羟基、羧基等官能团反应，破坏碳 - 氧键，产生初步孔隙；
高温阶段（500~800℃）：活化剂（如 ZnCl₂）作为 “插层剂” 插入碳骨架层间，使碳层间距扩大，同时通过脱水、脱除杂原子（如氧、氮），形成大量微孔和中孔；
活化后：用酸或水洗涤去除残留活化剂（如 ZnCl₂可通过热水洗脱），保留开放孔隙。
特点：活化温度低于物理活化（节省能耗），中孔占比更高（30%~50%），适合吸附大分子污染物（如染料、油烟）。
四、孔隙结构的调控：匹配应用需求
块状蜂窝活性炭的孔隙结构可通过工艺参数调控，满足不同场景需求：
微孔为主（用于气相小分子吸附）：选择物理活化，控制较高活化温度（900~1000℃）、短时间（1~2 小时），减少中孔生成；
中孔为主（用于液相大分子吸附）：选择化学活化（如 ZnCl₂），提高活化剂用量（占原料质量的 50%~80%），延长活化时间（3~4 小时）；
宏观蜂窝孔道优化：通过调整模具孔格尺寸（如 1mm 小孔格提升比表面积，5mm 大孔格降低风阻）和壁厚（薄壁厚提升单位体积吸附量，厚壁厚增强机械强度）。
