Węgiel aktywny » O węglu » Struktura chemiczna

Węgiel aktywny jest mikroporowatym obojętnym węglem z dużą wewnętrzną powierzchnią rozwiniętą (nawet do 1500m²/g). Na tej powierzchni mogą zostać zaadsorbowane cząsteczki chemiczne z cieczy czy z gazów. Adsorpcja jest naturalnym zjawiskiem, w którym cząsteczki z fazy gazowej bądź ciekłej są przyłączane na rozwiniętą powierzchnię ciała stałego.

Surowy węgiel jest aktywowany przez serię procesów, które zawierają:

• usunięcie wszystkich cząsteczek wody (dehydratacja)
• wzbogacenie substancji organicznych w węgiel (karbonizacja)
• wypalenie cząstek smoły oraz powiększenie por węgla (aktywacja)

Podstawowa struktura elementarna węgla jest zbliżona do struktury czystego grafitu. Kryształ grafitu składa się z warstw, w których występują sprzężone, sześcioczłonowe pierścienie aromatyczne układy cykliczne, powiązane między sobą za pomocą słabych wiązań Van der Waalsa.

Węgiel aktywny jest w postaci niezliczonych maleńkich płytek grafitowych. Płytki te są powiązane ze sobą wiazaniami tworząc układy pęknięć czy kieszeni, w których osadzają się zanieczyszczenia "umocowane" za pomocą wiązań fizycznych.

W określeniu struktury porów, pory adsorbenta mogą być podzielone na trzy podstawowe klasy:

• makropory (>1000Å)
• mezopory
• mikropory (<10Å)

Makropory nie są znaczną częścią struktury węgla aktywnego, ale zapewniają dojście do wnętrza węgla oraz do jego mikroporów. Mikropory są główną rozwiniętą częścią węgla aktywowanego i odpowiedzialną za proces adsorpcji. Jako wąskie włoskowate kanaliki są odpowiedzialnie nie tylko za powiększenie powierzchni adsorbenta. Oprócz zwykłej adsorpcji może w nich również zachodzić kondensacja kapilarna par zwiększająca ilość substancji zaadsorbowanej.
Zdolność adsorbowania na krawędziach, rysach, w szczelinach, otworach jest inna niż na miejscach gładkich o tej samej powierzchni. Dlatego różne części powierzchni adsorbera wykazują różną zdolność adsorbowania.
Zmielenie adsorbenta zwiększa jego powierzchnię zewnętrzną, ale nie zawsze zwiększa jego adsorpcję, ponieważ pory mogą ulec zatkaniu.

Węgiel aktywny zawiera:

• dużą ilość obojętnych atomów
• powierzchnia tych atomów jest właściwą warstwą odpowiedzialną za proces adsorpcji
• skrajne atomy są bardzo reaktywne, reagujące nawet z metalami.