Węgiel aktywny to materiał o silnie porowatej strukturze i dużej powierzchni właściwej, który charakteryzuje się doskonałą zdolnością adsorpcji i reaktywnością chemiczną. Zanim zrozumiemy, jak działa węgiel aktywny, należy najpierw zrozumieć pojęcia adsorpcji i właściwości powierzchniowych.
Adsorpcja to proces, w którym gaz, ciecz lub rozpuszczona substancja jest adsorbowana z ośrodka (np. wody, powietrza) na powierzchnię stałą. Porowata struktura węgla aktywnego nadaje mu większą powierzchnię, zapewniając ogromną powierzchnię kontaktu dla substancji adsorbujących.
Zasadę działania węgla aktywowanego można sprowadzić do następujących aspektów:
1. Adsorpcja fizyczna: Węgiel aktywny adsorbuje cząsteczki na swojej powierzchni poprzez adsorpcję fizyczną. Wynika to z niezwykle dużej powierzchni właściwej oraz dużej liczby mikroporów i mezoporowatych struktur węgla aktywnego. Kiedy cząsteczki gazu lub rozpuszczone substancje dotkną powierzchni węgla aktywnego, zostaną zaadsorbowane w porach węgla aktywnego ze względu na siłę przyciągania i siłę istniejącą na powierzchni adsorbentu.
2. Adsorpcja chemiczna: Oprócz adsorpcji fizycznej węgiel aktywny może również wychwytywać cząsteczki na drodze adsorpcji chemicznej. Wynika to z faktu, że niektóre chemiczne grupy funkcyjne (takie jak hydroksyl, karboksyl itp.) znajdujące się na powierzchni węgla aktywnego mogą reagować chemicznie z określonymi typami cząsteczek. Ta adsorpcja chemiczna może zwiększyć zdolność adsorpcji węgla aktywnego w przypadku niektórych substancji organicznych.
3. Charakterystyka powierzchni: Powierzchnia węgla aktywnego ma pewne właściwości ładunku. Te ładunki powierzchniowe mogą oddziaływać elektrostatycznie z jonami lub naładowanymi cząsteczkami w roztworze. W zależności od właściwości chemicznych i struktury fizycznej powierzchni węgla aktywnego, substancje o określonych właściwościach elektrycznych mogą być selektywnie adsorbowane lub wykluczane.
Różne rodzaje węgla aktywnego można dostosować do różnych rodzajów zanieczyszczeń. Na przykład niektóre węgle aktywne lepiej absorbują lotne związki organiczne (LZO) lub substancje zapachowe, podczas gdy inne mają wyższą zdolność selektywnej adsorpcji substancji takich jak jony metali ciężkich lub pozostałości pestycydów.
Działanie węgla aktywnego jest ściśle powiązane z jego właściwościami fizycznymi i chemicznymi oraz warunkami stosowania. Czynniki wpływające na skuteczność adsorpcji węgla aktywnego obejmują rozkład wielkości porów, powierzchnię właściwą, objętość porów itp. Ponadto na zdolność adsorpcji i skuteczność węgla aktywnego wpływają również takie czynniki, jak temperatura, wilgotność, stężenie substancji rozpuszczonej i czas kontaktu .
Podsumowując, węgiel aktywny może adsorbować na swojej powierzchni gazy, ciecze lub rozpuszczone substancje poprzez mechanizmy adsorpcji fizycznej i chemicznej poprzez swoją porowatą strukturę i ogromną powierzchnię właściwą. Proces opiera się na siłach interakcji pomiędzy substancjami i właściwościach powierzchni węgla aktywnego. Zasada działania węgla aktywnego polega na tym, że jego unikalna struktura i właściwości czynią go skutecznym adsorbentem szeroko stosowanym w uzdatnianiu wody, oczyszczaniu powietrza i innych zastosowaniach środowiskowych.
