活性炭處理工業廢水的原理
活性炭的強吸附性能與它具有巨大的比表面積有關，在炭粒活化過程中，晶格間生成的空隙形成了各種形狀和大小的細孔，其孔壁的總面積就是活性炭的總表面積。吸附作用主要發生在這些細孔的表面上，每克吸附劑具有的總表面積稱為比表面積。但是，活性炭的吸附量除與比表面積有關以外，還與細孔的形狀和分布以及表面的化學性質有關，活性炭的比表面積可達500~1700m2/g，活性炭微孔的形狀取決于活化方法和活化條件，有圓筒形、圓錐形、瓶形，平板形、V字型、毛細管形等等。細孔的半徑一般為1~10nrn。活性炭的孔隙可分為大孔、過度孔和微孔三類，大孔的孔徑為1000~10000nm，表面積只有0.5~2m2/g，占比表面積的比例不足1%，它主要為吸附質提供擴散通道，吸附能力較弱;過渡孔半徑為2~100nm，其表面積為1~200 m2/g，占總比表面積的5%以下，它不僅為吸附質提供擴散通道，影響擴散速度，而且有利于大分子物質的吸附，吸附能力強，過度孔的發達與否就成為水處理用活性炭的一個重要指標：微孔半徑在2nm以下，其比表面積為700~1400 m2/g，占比表面積的95%以上，對吸附量的影響最大，在吸附中期起主要作用，但對于液相來說，水中的大分子污染物難以進入微孔，因此，其吸附能力一般。
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| 活性炭吸附裝置 |
由于活性炭的原料和制造方法的不同，細孔的分布情況也相差很大，而且再生次數也會影響細孔的構造，一般來說，吸附量主要受微孔支配，但對于分子量(或分子直徑)較大的吸附質，由于分子篩的作用，被吸附質難以進入小孔，因此小孔提供的表面積幾乎不起作用，所以在實際應用中，應該根據吸附質的直徑大小和活性炭的孔隙分布來選擇合適的活性炭。
一般來說，用于水處理的活性炭要求有較發達的中孔。活性炭的空隙分布給吸附容量以很大影響，原因是存在著分子篩作用，或類似排斥色譜的作用，即具有一定尺寸的吸附質分子不能進入比其直徑小的空隙。按照立體效應，活性炭所能吸附的分子直徑大約是孔道直徑的1/2到1/10。也有人認為:活性炭內起吸附作用的孔道直徑(D)是吸附質分子直徑(d)的1.7至21倍，最佳吸附范圍是D/d=1.7~6。活性炭是由許多層狀結構的微晶體不規則地集合而成，微晶體中的碳原子以共價鍵形式相結合，因此活性炭一般情況下被認是非極性的。但是有些部位，特別是層的邊緣還有許多非結晶部位，這些部位的碳原子由于共價鍵沒有達到飽和，而易于進行化學反應，與氧結合形成一些表面氧化物基團。在400℃左右的低溫活化時，形成梭基(>COOH )等酸性氧化物，這些官能團在水中發生解離，使活性炭表面具有陰離子特性，極性增強。隨著溫度的升高，這兩種基團越來越少，而堿性氧化物逐漸增加。當溫度達到850℃時，>COOH和-OH這兩種酸性氧化物基團完全消失，而羰基（>C=O）堿性氧化物基團達到最大值。當溫度超過850℃時，堿性氧化物略有減少，而酸性氧化物略有增加。我國活性炭通常在900℃左右下活化，故表面氧化物主要是羰基（>C=O）堿性基團。羰基（>C=O）堿性基團可使活性炭具有微弱的極性，并具有一定的化學和物理化學吸著力。因此，活性炭不僅可以除去水中的非極性吸附質，還可吸附極性溶質甚至某些微量的金屬離子及其化合物。
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