活性炭是用含碳为主的物质,如煤、木材、骨头、硬果壳等做原料经高温碳化和活化制成的。碳化温度为300~400℃,将原料热解为碳渣。吸附作用主要发生在细孔的表面上。每克吸附剂所具有的表面积称为比表面积。活性炭的比表面积可达500~1700m活性炭的细孔构造主要和活化方法及活化条件有关。常用的气体活化法是在920~960℃高温下通入水蒸气、二氧化碳和空气。活性炭的细孔有效半径一般为1~10000μm:小孔半径在2μm以下,过渡孔半径为2~100mm,大孔半径为100~10000μm。活性炭的小孔容积一般为0.15~0.90mL/g,表面积占比表面积的95%以上。过渡孔容积一般为0.02~0.10 mL/g,其表面积占比表面积的5%以下。用特殊的方法,如延长活化时间,减慢加温速度或用药剂活化时,可得到过渡孔特别发达的活性炭。大孔容积一般为0.2~0.5mL/g,表面积只有0.5~2m2/g。
细孔大小不同,它在吸附过程中所起的主要作用也就不同。对液相吸附来说,吸附质虽可被吸附在大孔表面,但由于活性炭大孔表面积所占比例较小,故对吸附量影响不大。大孔主要为吸附质的扩散提供通道,使吸附质通过此通道扩散到过渡孔和小孔中去。因此,吸附质的扩散速度受大孔影响。过渡孔也可为吸附质的扩散提供通道,促使吸附质通过它扩散到小孔中去,在小孔中被吸附。活性炭小孔的表面积占比表面积的95%以上,所以吸附量主要受小孔支配。当吸附质的分子直径较大时,孔几乎不起作用,活性炭对吸附质的吸附主要靠过渡孔来完成。由于活性炭的原料和制造方法不同。细孔的分布情况相差很大,应根据吸附质的分子直径和活性炭的细孔分布情况选择合适的活性炭。
活性炭的吸附特性不仅与细孔构造和分布情况有关,而且还与活性炭的表面化学性质有关。活性炭由形状扁平的石墨型微晶体构成,本身是非极性的。但处于微晶体边缘的碳原子,由于共价键不饱和而易与其他元素(如氧、氢等)结合形成各种含氧官能团,使活性炭具有一定的极性。目前,对活性炭含有官能团(又称表面氧化物)的研究还不够充分但已证实的有OH、COOH等。
活性炭可制成不同的形状,常用的有粉状和粒状两种,近年来也有活性炭纤维商品出售。