Aktívne uhlie je materiál s vysoko poréznou štruktúrou a veľkým špecifickým povrchom, ktorý má vynikajúcu adsorpčnú kapacitu a chemickú reaktivitu. Predtým, ako pochopíme, ako aktívne uhlie funguje, je potrebné najprv porozumieť pojmom adsorpcia a povrchové vlastnosti.
Adsorpcia je proces, pri ktorom sa plyn, kvapalina alebo rozpustená látka adsorbuje z média (napr. vody, vzduchu) na pevný povrch. Pórovitá štruktúra aktívneho uhlia mu dáva väčší povrch a poskytuje obrovskú kontaktnú plochu pre adsorpciu látok.
Princíp činnosti aktívneho uhlia možno zredukovať na tieto aspekty:
1. Fyzikálna adsorpcia: Aktívne uhlie adsorbuje molekuly na svojom povrchu prostredníctvom fyzickej adsorpcie. Je to spôsobené extrémne vysokým špecifickým povrchom a veľkým počtom mikropórov a mezoporéznych štruktúr aktívneho uhlia. Keď sa molekuly plynu alebo rozpustené látky dotknú povrchu aktívneho uhlia, budú adsorbované v póroch aktívneho uhlia v dôsledku príťažlivej sily a sily existujúcej na povrchu adsorbentu.
2. Chemická adsorpcia: Okrem fyzickej adsorpcie môže aktívne uhlie zachytávať molekuly aj chemickou adsorpciou. Je to spôsobené tým, že niektoré chemické funkčné skupiny (napríklad hydroxylová, karboxylová atď.) na povrchu aktívneho uhlia môžu chemicky reagovať so špecifickými typmi molekúl. Táto chemická adsorpcia môže zvýšiť adsorpčnú kapacitu aktívneho uhlia pre určité organické látky.
3. Charakteristika povrchu: Povrch aktívneho uhlia má určité nábojové charakteristiky. Tieto povrchové náboje môžu elektrostaticky interagovať s iónmi alebo nabitými molekulami v roztoku. V závislosti od chemických vlastností a fyzikálnej štruktúry povrchu aktívneho uhlia môžu byť látky so špecifickými elektrickými vlastnosťami selektívne adsorbované alebo vylúčené.
Rôzne typy aktívneho uhlia môžu byť prispôsobené rôznym typom znečisťujúcich látok. Napríklad niektoré aktívne uhlie lepšie absorbujú prchavé organické zlúčeniny (VOC) alebo zapáchajúce látky, zatiaľ čo iné majú vyššiu selektívnu adsorpčnú kapacitu pre látky, ako sú ióny ťažkých kovov alebo zvyšky pesticídov.
Výkon aktívneho uhlia úzko súvisí s jeho fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami a podmienkami použitia. Faktory ovplyvňujúce adsorpčnú výkonnosť aktívneho uhlia zahŕňajú distribúciu veľkosti pórov, špecifický povrch, objem pórov atď. Okrem toho adsorpčnú kapacitu a účinnosť aktívneho uhlia ovplyvňujú aj faktory, ako je teplota, vlhkosť, koncentrácia rozpustenej látky a čas kontaktu. .
Celkovo vzaté, aktívne uhlie môže adsorbovať plyny, kvapaliny alebo rozpustené látky na svoj povrch prostredníctvom mechanizmov fyzikálnej adsorpcie a chemickej adsorpcie prostredníctvom svojej poréznej štruktúry a obrovského špecifického povrchu. Proces závisí od interakčných síl medzi látkami a vlastnosťami povrchov aktívneho uhlia. Pracovný princíp aktívneho uhlia spočíva v tom, že jeho jedinečná štruktúra a vlastnosti z neho robia účinný adsorbent široko používaný pri úprave vody, čistení vzduchu a iných environmentálnych aplikáciách.
