活性炭的吸附性能及有機(jī)物吸附的一般概念
活性炭的強(qiáng)吸附性能除與它的孔隙結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積有關(guān)外（其比表面積可達(dá)500-1700m2/g），還與細(xì)孔的行狀和分布以及表面化學(xué)性質(zhì)有關(guān)活性炭的細(xì)孔一般為1～10nm，其中半徑在2nm以下的微孔占95％以上，對(duì)吸附量影響大；過渡孔半徑一般為10～100nm，占5％以下，它為吸附物質(zhì)提供擴(kuò)散通道，影響擴(kuò)散速度；半徑大于100nm所占比例不足1％的大孔也是作為提供擴(kuò)散通道的
活性炭的吸附通道決定影響吸附分子的大小，這是因?yàn)榭椎来笮∮绊懳降膭?dòng)力學(xué)過程有報(bào)道認(rèn)為，吸附通道直徑是吸附分子直徑的1.7～21倍，范圍是1.7～6倍，一般認(rèn)為孔道應(yīng)為吸附分子的3倍
活性炭表面化學(xué)性質(zhì)可以說其本身是非極性的，但由于制造過程中處于微晶體邊緣的碳原子共價(jià)鍵不飽和而易與其他元素（如HO）結(jié)合成各種含氧官能團(tuán)，如羥基羧基羰基等，以致活性炭又具有微弱的極性，并具有一定的化學(xué)和物理吸附能力這些官能團(tuán)在水中發(fā)生離解，使活性炭表面具有某些陰離子特性，極性增強(qiáng)為此，活性炭不僅可以除去水中的非極性物質(zhì)，還可吸附極性物質(zhì)，優(yōu)先吸附水中極性小的有機(jī)物，含碳越高范德華力越大，溶解度越小的脂肪酸愈易吸附，甚至微量的金屬離子及其化合物
活性炭過濾用以脫除水中的微量污染物和對(duì)反滲透膜產(chǎn)生損害的游離氯因?yàn)榛钚蕴渴且环N非極性吸附劑，外觀為暗黑色，粒狀主要成分碳氧硫氫，具有良好的吸附性能和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)，可以耐強(qiáng)酸強(qiáng)堿，能經(jīng)受水浸高溫高壓作用，不易破碎活性炭是用動(dòng)植物煤石油及其它有機(jī)物作原料，經(jīng)加熱脫水炭化活化制成的具有巨大的比表面積和發(fā)達(dá)的微孔，微孔直徑為20~30埃此外，活性炭的表面有大量的羥基和羧基官能團(tuán)，可以對(duì)各種性質(zhì)的有機(jī)物進(jìn)行化學(xué)吸附以及靜電引力作用因此，可以脫色，除臭味，脫除重金屬各種溶解性有機(jī)物放射性元素膠體及游離氯等
活性炭對(duì)有機(jī)物的去除
活性炭去除有機(jī)物的影響因素
活性炭對(duì)有機(jī)物的去除受有機(jī)物溶解特性的影響，主要是有機(jī)物的極性和分子大小的影響由于活性炭表面性質(zhì)基本上是非極性的，故對(duì)分子量同樣大小的有機(jī)物，溶解度越大親水性越強(qiáng)，活性炭對(duì)其吸附性越差，反之對(duì)溶解度小親水性差極性弱的有機(jī)物（如苯類化合物酚類化合物石油和石油產(chǎn)品等）具有較強(qiáng)的吸附能力
對(duì)于分子量大的有機(jī)物，由于其憎水性強(qiáng)，體積大，又由于膜擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散控制吸附速度，因而導(dǎo)致吸附速度很慢
活性炭對(duì)有機(jī)物的吸附方式
基于上述活性炭對(duì)有機(jī)物等污染物的吸附現(xiàn)象，可以認(rèn)為其主要吸附方式為:
一是范德華力（分子間力）吸附，是很弱的力，吸附力與活性炭的性質(zhì)和活性炭本身的微孔結(jié)構(gòu)有關(guān)，兩者分子間不發(fā)生電子轉(zhuǎn)移，故不形成化學(xué)鍵
二是物質(zhì)在活性炭表面之間有電子交換或共享
前者是物理吸附，是可逆的；后者是化學(xué)吸附，是不可逆的但無論何種吸附方式，都必須接受活性炭本身結(jié)構(gòu)的孔道尺寸是否能夠使有機(jī)物進(jìn)入，而后才能被吸附的事實(shí)
活性炭去除有機(jī)物的特點(diǎn)
研究認(rèn)為，分子量在500～3000是活性炭可能吸附的范圍，并隨分子量的增大，吸附容量減?。ㄒ姳?）分子直徑大于活性炭孔徑的有機(jī)物難以被活性炭吸附若有機(jī)分子直徑近似于活性炭孔徑，則可能堵塞，形成不可逆吸附
活性炭對(duì)不同分子量有機(jī)物的去除比較
| 原水 | 分子量范圍 | 活性炭進(jìn)水TOC（mg/L） | 活性炭出水TOC（mg/L） | 去除率（％） |
| 淮河流域 | ＜0.5×103 | 0.81 | 1.39 | ? |
| （0.5~1）×103 | 1.66 | 0.59 | 64.46 |
| （1~3）×103 | 0.90 | 0.48 | 46.67 |
| （3~10）×103 | 0.06 | 0.58 | ? |
| 北京田村 | ＜0.5×103 | 0.49 | 0.49 | ? |
| （0.5~1）×103 | 0.5 | 0.15 | 70 |
| （1~3）×103 | 1.36 | 1.15 | 15.44 |
| （3~10）×103 | 0.25 | 0.23 | 8.00 |
盡管兩個(gè)原水水質(zhì)不一樣，但活性炭對(duì)不同分子量有機(jī)物的去除卻表現(xiàn)出共同的特性活性炭對(duì)分子量為500～3000的有機(jī)物有十分好的去除效果，對(duì)分子量小于500和大于3000的有機(jī)物沒有去除效果對(duì)于分子量小于500的有機(jī)物非但沒有去除效果，反而還有使其增加的可能，這可能是由于分子量小于500的有機(jī)物親水性較強(qiáng)，易被分子量大于500且具有比其更強(qiáng)的憎水性的能進(jìn)入活性炭微孔內(nèi)的有機(jī)物所取代
活性炭對(duì)不同分子量的有機(jī)物的吸附量的不同是因?yàn)榛钚蕴考?xì)孔是有影響的孔徑，即孔徑1～10nm被吸附分子直徑占活性炭細(xì)孔的1/3者，占主要吸附容量，可以說，在此范圍內(nèi)的有機(jī)物，基本上是小于2~3nm的有機(jī)物，能被活性炭表面吸附（如圖1）
去除有機(jī)物的活性炭的選擇
目前，國內(nèi)生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)活性炭品種很少，且多數(shù)屬于氣相炭（即18～20埃的細(xì)孔占絕大多數(shù)），自然界的污染物和有機(jī)物要比氣體分子大很多，使用氣相炭是不適當(dāng)?shù)膿?jù)報(bào)道，國內(nèi)還沒有專門適用于飲用凈水的活性炭用于市政自來水處理的活性炭是過渡孔隙并不足夠多的代產(chǎn)品，所以吸附效果較差，周期短特別是設(shè)計(jì)者和應(yīng)用者往往盲目地按活性炭的一般吸附性指標(biāo)（即比表面積碘值四氯化碳吸附值亞甲基藍(lán)吸附值）來選取處理天然水的活性炭，這是不恰當(dāng)?shù)?/p>
例如，椰殼炭大部分孔隙直徑是18～20埃，其20埃（2nm）以下的微孔占95％以上，盡管這種炭的比表面積大，達(dá)到上千平方米，它只對(duì)于氣體或小分子具有很高的吸附容量；但對(duì)于水中分子量較大分子體積較大的有機(jī)物其吸附程度則受活性炭的過渡孔道的影響，因而用于去除天然水中分子量較大的有機(jī)物，需選用過渡孔占高比例的活性炭
活性炭對(duì)碘四氯化碳亞甲基藍(lán)這些小分子物質(zhì)的吸附是可以進(jìn)入活性炭的微孔中，其吸附值僅是反映了活性炭對(duì)小分子物質(zhì)的吸附能力
天然水中的有機(jī)物主要包括腐殖酸富維酸等物質(zhì)，其分子量比碘亞甲基藍(lán)四氯化碳（分子量大都在100～200以下）的分子量大得多，故其吸附值不能代表對(duì)天然水中有機(jī)物的吸附能力表2為活性炭一般吸附性指標(biāo)
表2 活性炭一般吸附性指標(biāo)（國標(biāo)GB/TB804－1990）
| 炭品種 | 果殼 | 核桃殼及杏殼 | 椰子殼 |
| 比表面積（m2/g） | 682.6 | 738.3 | 1024.9 |
| 碘吸附值（ml） | 833.4 | 895.7 | 1111.6 |
| 亞甲基藍(lán)吸附值（mg/g） | 9 | 9.5 | 12.5 |
| CCl4吸附值（％） | 41.08 | 45.11 | 64.78 |
| 球磨強(qiáng)度（％） | 94 | 94 | 92 |
| 灰分（％） | 2.0 | 2.0 | 2.5 |
活性炭的吸附容量和吸附速度除了與表面積有關(guān)外，還與其吸附動(dòng)力學(xué)因素（即吸附質(zhì)能否順利遷移至活性炭孔的表面）有關(guān)，如前已述及的觀點(diǎn):吸附分子直徑大于孔道直徑的1/3以上，吸附運(yùn)動(dòng)就會(huì)受阻，吸附量就會(huì)下降
各種活性炭吸附性能（吸附容量和吸附速度）排列次序如下表3所示
表3 活性炭吸附容量和吸附速度的排列
活性炭品種
腐殖酸
富維酸
木質(zhì)素
丹寧
長江水質(zhì)運(yùn)行排列次序
煤
10
椰殼
11
果殼
3
3
椰殼
2
2