活性炭处理工业废水的原理
活性炭的强吸附性能与它具有巨大的比表面积有关，在炭粒活化过程中，晶格间生成的空隙形成了各种形状和大小的细孔，其孔壁的总面积就是活性炭的总表面积。吸附作用主要发生在这些细孔的表面上，每克吸附剂具有的总表面积称为比表面积。但是，活性炭的吸附量除与比表面积有关以外，还与细孔的形状和分布以及表面的化学性质有关，活性炭的比表面积可达500~1700m2/g，活性炭微孔的形状取决于活化方法和活化条件，有圆筒形、圆锥形、瓶形，平板形、V字型、毛细管形等等。细孔的半径一般为1~10nrn。活性炭的孔隙可分为大孔、过度孔和微孔三类，大孔的孔径为1000~10000nm，表面积只有0.5~2m2/g，占比表面积的比例不足1%，它主要为吸附质提供扩散通道，吸附能力较弱;过渡孔半径为2~100nm，其表面积为1~200 m2/g，占总比表面积的5%以下，它不仅为吸附质提供扩散通道，影响扩散速度，而且有利于大分子物质的吸附，吸附能力强，过度孔的发达与否就成为水处理用活性炭的一个重要指标：微孔半径在2nm以下，其比表面积为700~1400 m2/g，占比表面积的95%以上，对吸附量的影响最大，在吸附中期起主要作用，但对于液相来说，水中的大分子污染物难以进入微孔，因此，其吸附能力一般。
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| 活性炭吸附装置 |
由于活性炭的原料和制造方法的不同，细孔的分布情况也相差很大，而且再生次数也会影响细孔的构造，一般来说，吸附量主要受微孔支配，但对于分子量(或分子直径)较大的吸附质，由于分子筛的作用，被吸附质难以进入小孔，因此小孔提供的表面积几乎不起作用，所以在实际应用中，应该根据吸附质的直径大小和活性炭的孔隙分布来选择合适的活性炭。
一般来说，用于水处理的活性炭要求有较发达的中孔。活性炭的空隙分布给吸附容量以很大影响，原因是存在着分子筛作用，或类似排斥色谱的作用，即具有一定尺寸的吸附质分子不能进入比其直径小的空隙。按照立体效应，活性炭所能吸附的分子直径大约是孔道直径的1/2到1/10。也有人认为:活性炭内起吸附作用的孔道直径(D)是吸附质分子直径(d)的1.7至21倍，最佳吸附范围是D/d=1.7~6。活性炭是由许多层状结构的微晶体不规则地集合而成，微晶体中的碳原子以共价键形式相结合，因此活性炭一般情况下被认是非极性的。但是有些部位，特别是层的边缘还有许多非结晶部位，这些部位的碳原子由于共价键没有达到饱和，而易于进行化学反应，与氧结合形成一些表面氧化物基团。在400℃左右的低温活化时，形成梭基(>COOH )等酸性氧化物，这些官能团在水中发生解离，使活性炭表面具有阴离子特性，极性增强。随着温度的升高，这两种基团越来越少，而碱性氧化物逐渐增加。当温度达到850℃时，>COOH和-OH这两种酸性氧化物基团完全消失，而羰基（>C=O）碱性氧化物基团达到最大值。当温度超过850℃时，碱性氧化物略有减少，而酸性氧化物略有增加。我国活性炭通常在900℃左右下活化，故表面氧化物主要是羰基（>C=O）碱性基团。羰基（>C=O）碱性基团可使活性炭具有微弱的极性，并具有一定的化学和物理化学吸着力。因此，活性炭不仅可以除去水中的非极性吸附质，还可吸附极性溶质甚至某些微量的金属离子及其化合物。
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