活性炭的基本特征
活性炭是一种多孔性含碳物质。活性炭内部具有类似石墨结晶的层状晶体结构，但活性炭与石墨的不同之处是这些排列成六角形的碳原子的平面层，各层之间按螺层结构互相平行，但又是无规则地重叠着的，堆积得相当疏松，而相互连系却十分牢固。正是这种螺层状的晶体结构，基本微晶之间才有许多形状不同大小不等的空隙。这些空隙最大的用光学显微镜可以看到，最小的与分子大小一样。因此，活性炭成为既有一定机械强度，内部孔隙又十分发达的多孔性物质，并具有巨大的内表面积(每克活性炭可达500一1500平方米)。
目前，习惯采用苏联学者杜比宁(DYB-NHNH)的划分法，将活性炭内部不同大小的孔隙分为:
活性炭的孔隙半径大小可分为：
大孔：半径 > 20 000nm
过渡孔：半径150 ～20 000nm
微孔：半径 < 150nm
Y是孔隙的等效半径，等于孔的横截面积与其直径之比的2倍。在活性炭的吸附过程中，这几种孔隙各有它的特殊作用。
微孔的Y小于15-16，它们相当于被吸附分子的大小。活性炭90%以上的表面积都是在微孔上，因此，微孔具有很大的比容和比表面积。由于在微孔整个容积中存在着吸附力场，具有较高的吸附能力，特别是在气相吸附中，吸附质分子几乎全部被这类孔所吸附。因此微孔又称作吸附孔，微孔容积和比表面积时常是气相吸附能力的主要尺度。
中孔，又称为过渡孔。中孔的作用是综合性的。它在吸附过程中也起着重要的作用，是使被吸附的蒸汽状物质在足够的相对压力下发生毛细管凝聚的部位，可以吸附蒸汽，回收有机溶剂。在液相吸附中，中孔能够对分子直径较大的吸附质分子起吸附作用(例如脱色过程)。中孔又是吸附质分子进入微孔的通道，气相吸附质分子通过中孔才能进入微孔容积之中。当然对于气相吸附用的活性炭，中孔容积太大是不相宜的，杜比宁认为，一般作为输送通道来讲，输送孔容积保持0.15一0.20毫升/克就行了。再大就会影响到微孔的容积和微孔的吸附作用。
一般活性炭的过渡孔容积较小，通常在0.20毫升/克以内，其比表面积不超过总比表面积的10%，但用特别方法可以得到过渡孔发达的活性炭，其容积可达到0.3一O·9毫升/克，比表面积达到200平方米/克以上。
大孔，主要起通道作用。由于活性炭内部只有少数微孔直接通向活性炭颗粒的外表面.而在绝大多数情况下，活性炭的孔隙结钩主要按下列方式排列，大孔直接通向颗粒的外表面，过渡孔是大孔的分支，微孔又是过渡孔的分支。因此，大孔的存在也是十分重要的，它能使吸附质分子迅速向活性炭内部扩散。对活性炭的吸附速率有直接影响。当活性炭作为催化剂载体时，催化剂主要是沉积在中孔和大孔内，但也有沉积在微孔内的。
总之，作为有效的活性炭，其微孔、中孔和大孔容积之间要求某种平衡，也就是对不同用途的活性炭来说，要求具有不同的大、中、微孔的比例。这主要是通过采用合适的原材料和不同的工艺过程实现的。
活性炭的基本特征，就是发生在由于多孔结构而形成的巨大固体表面积上的吸附作用，包括物理吸附和化学吸附。物理吸附是主要的，即靠分子间的范德华力把吸附质分子吸引到炭的表面上集中。这种在活性炭表面上的物理吸附是可逆的，即在一定温度和压力下达到吸附平衡后，在高温和低压下被吸附物质又能
被解吸出来。正是利用活性炭的吸附和解吸过程，使得活性炭回收有机溶剂等成为可能。活性炭解吸后，内部表面又恢复到原来状态，因此活性炭在物理吸附中可以经过再生多次重复使用。至于活性炭的化学吸附是吸附质通过价电子的交换或共有所产生的力而结合在碳吸附刘的表面上，实质上形成了化学键。由于有化学吸附的存在，因此活性炭的吸附性能不仅受其孔隙结构的影响，而且一也受其表面化学性质的影响。活性炭的主要成份是碳元素，一般含量_均超过80%，纯碳农面是非极性的，主要通过物理吸附作用易于吸附非极性的和弱极性的物质。但活性炭组成中除碳元素外，还有其他一些成分。首先是在碳六角形击子的边缘上存在的一部份不饱和键，与氧、氢等结合成表面氧化物以及其他官能团。于是使活性炭具有一定的极性及离子交换能力。也就是活性炭表面的化学吸附活性点。活性炭上的表面氧化物又分为碱性和酸性两类，碱性表面氧化物在液相吸附中易于吸附酸性物质，而竣性氧化物则易吸一附碱性物质，至于各种含氧化合物和有机官能团的存在与比例，很大程度上取决于制造活性炭的原始材料一和工艺过程。例如氢、氧、氯等组份，有的来自原材料，有的是在炭化、活化和冷却过程中进入。由于工艺条件例如温度高低等因素的影响，又形成了不同的表面氧化物和有机官能团。以上这些构成了活性炭中的有机部份。
其次，活性炭中还有一部分灰分，即炭中的无机部分。灰分的组成和数量也决定于不同的原材料及工艺过程。这些灰分对于吸附来讲，一般是无意义的，因此各种优质的活性炭都希望灰份含量尽可能低些。
综上所述，由于活性炭在气相或液相中，对许多物质都具有很强的吸附能力，加上活性炭共有足够的化学稳定性，良好的机械强度，可以水浸、耐酸、耐硷，能承受较高的温度和压刀，同时活性炭表面对某些化学反应能起很好的催化作用，在许多合成工业部门又可用活性炭为载体，添加一定的催化剂组分，制成兼具吸附和催化作用的活性炭一催化剂。正由于以上这些优异特性，使活性炭问世以来，有抢十分广泛的用途。从国内外活性炭发展情况来看，特别是六十年代以来，世界各国将活性炭应用到环境保护，即空气净化和城市水处理方面，以及节约能源、回收汽油等等使活性炭进入了一个新的发展时期。活性炭需要量愈来愈大，活性炭工业得到新的更大发展。可以说，到了八十年代的今天，几乎各行各业，包括国防、化工、石油、纺织、轻工、食品、电力、原子能等生产部门;农业、医药卫生、城市建设、劳动保护、环境保护、节约能源和尖端科学领城，以及人类生活的各个方面，都在不同程度利用活性炭。现在，除了传统的粉状和颗粒状活性炭之外，又发展了纤维状活性碳纤维，其吸附性能更为优异。总之，今后，活性炭的发展前景是十分宽广的。