Теоретические представления о механизме реакции активи­рования развивались значительно позднее производственного применения этого процесса. Основные положения теории были сформулированы приблизительно к концу пятидесятых годов.

Предполагается, что при активировании газами атомы угле­рода, расположенные по краям графитообразной кристалли­ческой решетки, наиболее легко реагируют с газами. Действи­тельно, Хеннинг [26] наблюдал с помощью электронного микро­скопа, что расщепленные вдоль плоскостей решетки кристаллы графита реагируют с кислородом по краям значительно быст­рее, чем в центре спайности. Повышенная реактивность дефект­ных мест решетки наблюдалась также на других образцах угле­родных материалов. Избирательный характер активирования — отсутствие газификации поверхности — отмечался на оливковых косточках [5]; подобные явления имеют место и на углях из полифурфурилового спирта.

Для описания реакции взаимодействия углерода с диокси­дом углерода предложены два механизма [27].

Механизм А:

С + С02 —»- С(0) + С0 (4.1)

С(О) —> СО (4.2)

С + СО —> С(СО) (4.3)

Механизм В:

С + С02 —> С(О) + СО С(О) —->- со

Где С (О) —поверхностный оксид.

В1 соответствии с уравнением (4.1), так называемой реак­цией кислородного обмена, углерод вначале реагирует с обра­зованием поверхностного оксида С (О); уравнение (4.2) выра­жает превращение этого поверхностного оксида в монооксид углерода. После этой стадии газификации оксид углерода может опять накапливаться на (реакционноспособной) поверхности углеродсодержащего материала в соответствии с уравнением (4.3) и оказывать замедляющее действие на реакцию. Имеется целый ряд аргументов, подтверждающих и отрицающих эти механизмы. Известные к настоящему времени факты не позво­ляют отдать определенное предпочтение одному из них.

Замедляющее действие водорода аналогичным образом объ­ясняется образованием комплексов С(Н). Они столь же стабиль­ны, как и комплексы С (О). Поэтому образование комплексов углерод—водород вызывает снижение поглощения кислорода.

Экспериментальное исследование кинетики процесса акти­вирования [28] привело к выводу, что реакция с водяным па­ром в большей или меньшей степени контролируется следую­щими стадиями процесса: массопередачей через газовую пленку, окружающую частицы, диффузией в порах частиц и реак­циями на поверхности пор. При низкой температуре скорость реакции контролируется химической реактивностью твердого материала с коэффициентом использования всей внутренней поверхности около 1. При средних и высоких температурах имеет место быстрое падение концентрации пара в активном угле и степень использования становится значительно меньше еди­ницы. В экспериментальных исследованиях установлено, что скорость реакции активирования возрастает с увеличением Скорости газового потока. Эта взаимосвязь показывает, что на скорость реакции влияет внешняя массопередача реакционных агентов; однако в интервале используемых для активирования температур она не является контролирующим фактором. В про­тивном случае при существующей концентрации пара имела бы место реакция 1-го порядка. Однако скорость реакции активи­рования углей водяным паром пропорциональна концентрации пара в степени 0,6, поэтому контролирующим фактором должна быть скорость реакции.