活性炭（英文名稱：Carbon Active）是由含碳材料制成的外觀呈黑色、內部孔隙結構發達、比表面積大、吸附能力強的一類微晶質碳素材料。根據國際純粹和應用化學聯合會（IUPAC）的定義，活性炭是指炭在炭化前、炭化時、炭化后經與氣體或化學品作用以增加吸附性能的多孔的炭。
活性炭主要由碳元素組成，還含有少量的氫、氧等元素，相對密度為1.8~2.1，表觀相對密度為0.08~0.45，含碳量為10%~98%。因其具有發達的孔隙結構、高比表面積、高表面活性和多樣的表面化學性質，吸附性能良好、化學性質穩定、容易再生等優點，而作為吸附劑、催化劑、催化劑載體、雙電層電容器電極材料，廣泛應用于制藥、化工、食品、加工、冶金工業、農業等多個領域。
相關歷史
公元前1550年古埃及人就在醫藥上使用活性炭。歐美在20世紀初開始發展活性炭的生產。1911年在維也納附近的Fanto工廠首次用水蒸氣活化法生產出粉狀炭，1913年又用氯化鋅活化法生產出防毒面具用的粒狀活性炭。1929年以后，美國開始將粉狀活性炭用于水處理。此時原料使用已相當廣泛，擴展到用果殼、核、泥煤等，活化方法也多種多樣，理論研究進一步深化。第二次世界大戰后，活性炭工業的主導權已從歐洲轉到美國，為保護環境和節省能源，活性炭用途已擴大到空氣凈化、廢水處理、香煙濾嘴等方面。從20世紀70年代初開始，隨著現代工業和環境科學的發展，出現了許多活性炭新品種和新應用，如球形炭、浸漬炭、纖維活性炭等。
主要特性
物理特性
活性炭為黑色微細粉末或顆粒，密度為1.8g/cm3~2.1g/cm3，表觀密度為0.08g/cm3~0.45g/cm3，含碳量為10%~98%。無臭、無味，有多孔結構，對氣體、蒸汽或膠態固體有強大的吸附能力，每克的總表面積可達500m2~1000m2，沸點4200℃，不溶于水和有機溶劑。最適pH為4.0~4.8，最適溫度為70℃~80℃?；钚蕴烤哂写蟮谋缺砻娣e、微孔結構、強的吸附能力和很高的表面活性，使其具有獨特的多功能吸附作用。
吸附能力的測定
活性炭在氣相中和液相中都有很好的吸附性能。苯和四氯化碳都是作為易吸附氣體的代表被用著對粒狀活性炭的吸附性能進行評價。測定四氯化碳吸附率試驗已被列入氣相評價顆?；钚蕴康臉藴省：饬炕钚蕴吭谝合?a href="/hebeideji/3477736922427364323.html">吸附中的應用好壞，主要看碘吸附值、亞甲藍吸附值和焦糖色素脫色率的三項指標。若水中主要含有小分子，那就需要采用碘吸附值高的活性炭；若水中主要成分為較大分子，那就要采用亞甲藍吸附值高的活性炭；若水中成分為大分子，就必須采用焦糖脫色率高的活性炭。
化學組成
活性炭在元素組成方面，80%~90%以上由碳組成，這也是活性炭為疏水性吸附劑的原因?；钚蕴恐谐颂荚赝?，還包含有兩類摻和物：一類是化學結合的元素，主要是氧和氫，這些元素是由于未完全炭化而殘留在炭中，或者在活化過程中，外來的非碳元素與活性炭表面化學結合；另一類摻和物是灰分，它是活性炭的無機化合物部分，幾種活性炭的元素組成?；钚蕴坑泻鹾秃獌煞N官能團。含氧官能團中含有羧基、內酯基、羰基、嘧啶、酚輕基等，還有酸堿性之分，酸性官能團含有酚羥基、羧基、正內基、環式過氧基、型基等。酸性基團的主要酸性氧化物是內酯基、酚羥基和羧基。含氮官能團的分子組成有酰亞胺、類毗咯基、酰胺、乳胺基等。它們的化學分子結構具有很強的吸附活性，對不同的吸附質可能產生物理結合或化學結合。
分類
按外形分
活性炭按外形分有：顆粒活性炭、粉狀活性炭、纖維活性炭、微球活性炭等。
粉末活性炭
粉末狀活性炭顆粒極細呈粉末狀，其總表面積大，吸附力和吸附量也特別大，是活性炭中吸附力最強的一類。但因其顆粒太細影響過濾速度，過濾操作時常要加壓或減壓。
顆?；钚蕴?/h4>
顆粒狀活性炭是由粉末狀活性炭制成之顆粒，其總表面積相應地有所減小，吸附力和吸附量僅次于粉末狀活性炭。
按孔隙分
蘇聯學者杜比寧提出了下述的孔隙分類方法：孔隙直徑為100nm~2000nm時，稱大孔；孔隙直徑為2nm~100nm時，稱中孔（或稱過渡孔）；孔隙直徑為2nm以下時，稱微孔。國際理論與應用化學聯合會（IUPAC）的分類與上述方法有所差別，將活性炭的孔隙結構分為：微孔（2nm以下）、中孔（2nm~50nm）和大孔（50nm以上）。
其他分類
按使用場合分，活性炭的種類有：氣相炭、液相炭等。
按用途分，活性炭的種類有：溶劑回收炭、氣體凈化炭、脫色炭、藥用炭、催化劑炭、變壓吸附炭、黃金炭、脫硫炭、血液灌流炭、水處理炭等。
按制造方法分，活性炭的種類有：物理法炭、化學法炭（包括氯化鋅炭、磷酸炭等）。
按原料分，活性炭的種類有：木質炭、煤質炭、生物質炭、樹脂炭、瀝青炭等。
主要功能
吸附
活性炭的主要功能是吸附。吸附作用可分為物理吸附和化學吸附。
物理吸附
物理吸附主要是由于分子之間的范德華力。范德華力作用強度小，所以吸附不牢固，是可逆的，尤其是升溫時容易解吸，但其作用范圍較大，如果吸附層厚度超過一分子會形成多分子層吸附。另外，活性炭和溶質間還有靜電引力。
化學吸附
化學吸附是由于化學鍵力的作用，化學鍵合力的強度較大，可以使吸附物固定吸附在某些活性點上，不容易脫離并且可逆性差，被吸附物質常發生化學反應而改變其性狀?；瘜W鍵力是在特定原子間產生，具有選擇性。化學吸附的作用力只形成單分子吸附層。
催化作用
活性炭不但本身有催化作用，也可以作各種催化劑的載體。活性炭具有催化、氧化和催化還原作用。
離子交換作用
活性炭氧化表面的水解可以使其具有弱酸陽離子的交換性質。使炭成為部分離子交換劑，從溶液中吸引微量金屬。
過濾作用
活性炭也是多孔的過濾介質，可以截留水中的懸浮物。當水中微生物在炭上形成生物膜時，還有過濾、吸附、生物化學等作用。
應用領域
食品工業和飲用水等領域
活性炭在飲用水處理上用于吸附有毒物質（三鹵甲烷、農藥等）、異味的脫除等；在酒類生產中用于脫除不正氣味、改善顏色、降低粗餾物中的醛、油等的含量和加速酒的發酵；在啤酒釀造的過程中，用于水處理、空氣的凈化和糾正啤酒的顏色，脫除酚、著色劑等產生的臭氣；在油脂工業用于浸出溶劑的回收、油脂中有毒雜質和色素的脫除、油脂的氫化加工等；在制糖業中用于糖液的脫色；在香煙中用于吸附煙氣中的煙堿標準品、焦油等有毒物質。
醫學領域
活性炭可用做外敷或內服藥物，如將干粉活性炭放入繃帶中敷裹于傷處，可治療潰瘍、化膿性創傷、燒傷等；在內科上主要用于治療腸道疾病，如痢疾、傷寒等，還可用做許多毒物的急救解毒藥：活性炭可作為其他藥物的載體，使藥物緩慢釋放，延長作用時間；活性炭可用于人造肝，吸附血液中的尿酸等有害物質；活性炭用于人工腎，主要對透析液中的尿酸、血尿素和肌酸酐吸附脫除，是滲透液循環使用。
制藥領域
活性炭對許多生物化學藥品具有脫色、除臭和凈制作用，廣泛應用于抗生素、維生素、解熱藥、磺胺藥、抗結核病藥、生物堿、激素、注射液等藥物的脫色和凈制，以消除藥物中的重金屬和有害物質，消除熱源等。
工業生產
催化劑和催化劑載體
活性炭本身具有一定的催化活性，可單獨作為催化劑使用，也可作為催化劑的載體，如用于葡萄糖制葡萄糖酸鈉、鈣催化劑Pd-Bi/C的載體，選擇性好、糖轉化率高；合成乙酸乙烯催化劑乙酸鋅的載體；氯乙烯單體合成用催化劑氯化汞（氯化汞）的載體等。
煤氣脫硫
在煤或石油制取合成氣的過程中，煤氣中的H2S和COS是甲醇、甲烷化、氨合成等催化劑中毒的主要因素。活性炭用于煤氣的精脫硫效果良好，可以將H2S脫至0.2×10-6以下，大大低于合成氣小于1×10-6的要求。
汞處理
用活性炭處理汞含量較高的廢水可以得到很高的去除率（85％~99％）。該方法只適用于含汞廢水成分單一且濃度較低情況下的處理。當廢水含汞濃度高時，可先進行一級處理，降低廢水汞濃度后再用活性炭吸附。處理后的活性炭可回收再生，重復使用，但由于活性炭價格昂貴不適于大規模處理含汞廢水。
環境領域
煙道氣脫硫脫硝
煤炭在燃燒過程中會產生大量的SO2和NOx，這兩種酸性氧化物是大氣污染的主要成分。利用活性炭的高吸附能力脫除煙道氣中的SO2和NOx成為研究的熱點之一。
溶劑回收
在橡膠、塑料、紡織、印刷、油漆、軍工等工業領域內，均需使用大量的有機溶劑。如油漆工業中的信那水、發射藥生產中的乙醇、乙醚等。為了安全生產、保證工人健康、降低生產成本、減少環境污染，必須進行溶劑回收，其最有效的方法是用活性炭吸附。
污水處理
在幾乎所有的工業生產過程中都會產生廢水，特別是化工產品的制造，污水的產生更是不可避免?；钚蕴吭谔幚淼蜐舛任鬯畷r顯示出極佳的效果。
呼吸器材
活性炭在呼吸器材的應用始于軍事上防毒面具的需要。
制備方法
制備活性炭主要包括以下步驟：原材料選擇→預處理→炭化一冷卻→活化→洗滌→翻炒→烘干→粉碎過篩→成品。最主要的是原料選擇、炭化和活化等步驟，其中活化最為關鍵。
原材料可以選擇：有機聚合物（酚醛樹脂、導電聚合物和離子交換樹脂等）、生物質資源（稻殼、果皮、海藻等）、化石資源（石油瀝青、石油焦等）
物理活化法
物理活化法是以水蒸氣、空氣、二氧化碳等為活化劑活化，通過侵蝕炭的表面，形成新的孔隙，并且可氧化分解殘留炭中的碳氫化合物和焦油，清除表面的雜質，使原來被堵塞的孔隙重新開放。同時，原來孔隙之間的薄壁可能會被燒毀，使孔隙擴大，會形成更發達的孔隙結構，使比表面積大大增加，從而提高活性炭的吸附力。
化學活化法
化學試劑活化是指通過化學試劑鑲嵌到原料的內部，使原料中的碳氫化合物所含的氫和氧以水蒸氣的形態分解脫離出去，通過一系列的交聯或縮聚反應來產生豐富的微孔。比較成熟且被廣泛應用的化學活化劑主要有氫氧化物、碳酸鉀、氯化鋅、硫酸、磷酸等。
結構
微晶結構
活性炭被稱為無定形碳。活性炭結構中含有石墨礦微晶，這些微晶是尺寸為1nm~3nm的結晶?；钚蕴看嬖谟行虻氖Y構并且具有明顯的導電性。從某種程度上講，導電性與活化溫度有關，并在高溫下導電性會增強。
孔隙結構
活性炭分為大孔、過渡孔和微孔。大孔的內表面能發生多層吸附，在活性炭中所占比例很少，所以大部分只能起著通路作用。但它作為支配吸附速度的因素，在實際應用中也是非常重要的。過渡孔的作用在許多情況下和大孔作用是相同的?；钚蕴康奈阶饔么蟛糠质窃谖⒖走M行的，吸附量受微孔的支配。
化學結構
在空氣中灼燒活性炭所得到的殘燼通常被稱為灰分。通過元素分析表明，在活性炭的碳骨架中還存在一定數量的雜原子，其中的雜原子與碳間通過化學鍵相互聯系。活性炭的活性來源于和其他雜原子相連的碳原子所呈現的強烈吸附能力。
活性炭再生
再生：采用一些特殊的方法，可以是物理、化學、生物方法等等，將吸附在活性炭表面的吸附質除去，恢復活性炭吸附能力。
再生的方法有：加熱再生法、化學藥劑再生法、化學氧化再生法、生物再生法、濕式再生法、超聲波再生法等等。
化學藥劑再生
無機化合物藥劑再生：無機酸（H2SO4、HCl）或堿（氫氧化鈉）等無機藥劑是吸附在活性炭上的污染物脫附。
有機溶劑再生：采用苯、丙酮及甲醇等有機溶劑萃取吸附在活性炭上的有機化合物。
化學氧化再生
濕式氧化再生法：在液相狀態下，用空氣中的氧在高溫、高壓下將吸附的有機物氧化的過程。一般用于粉末狀活性炭再生。
電解氧化法：將碳作陽極，進行水的電解，在活性炭表面產生的氧氣把吸附質氧化分解。
臭氧氧化法：利用強氧化劑（O3），將吸附在活性炭上的有機物加以分解。
生物再生
在微生物的作用下，對飽和炭接種經過驅化培養的菌種，吸附在活性炭上的有機物解吸并被微生物分解，從而使得飽和炭得到再生。
超聲波再生
在超聲波空化作用下水中可以形成瞬時的高溫高壓氣泡，這些氣泡有利于有機物的分解。特點：能量大多集中在活性炭局部，能耗比較小，再生設備簡單，活性炭再生損失小。
安全事宜
注意事項
活性炭被列入危險化學品名錄，屬于自燃物品，必須存放在盡可能防火的建筑內，不可以與氧化劑混放；應儲存于陰涼干燥處，防止內外包裝袋破裂，防止受潮和吸附空氣中其他物質，影響使用效果；嚴禁與有毒有害氣體或易揮發物質混放，存放要遠離污染源。
活性炭在運輸過程中，不得用鐵鉤拖拽。應防止與堅硬物質混裝，不可強烈振動、摩擦、踩、砸，嚴禁拋挪，應輕裝輕卸，以減少炭粒破碎，影響使用。
法規
中國《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》（GB2760—2014）規定，活性炭可用作助濾劑，主要用于油脂加工工藝，殘留量不需限定。美國食品藥品監督管理局規定其參考用量：葡萄酒0.9%；雪梨酒0.25%；葡萄汁0.4%。
參考資料 >