1. 基本原理

活性炭是一种经过特殊处理的碳材料，具有巨大的比表面积（500~1500 m²/g）和丰富的微孔结构。当污染物质（如有机气体、异味分子等）通过活性炭时，它们会被吸附在炭表面的孔隙中，从而实现净化目标。

2. 吸附机制

（1）物理吸附

• 范德华力作用：活性炭表面与污染物分子之间通过弱范德华力结合。

• 孔径匹配：活性炭的微孔（<2 nm）、中孔（2~50 nm）和大孔（>50 nm）结构对不同大小的分子进行选择性吸附。

• 特性：可逆过程，吸附量受温度、压力影响较大，低温高压有利于吸附。

（2）化学吸附

• 表面官能团反应：活性炭经氧化、磺化等改性处理后，表面含氧官能团（-COOH、-OH等）可与特定污染物（如酸性气体、重金属离子）发生化学反应。

• 特性：不可逆或部分可逆，吸附选择性更高。

3. 活性炭吸附过程

1. 扩散：污染物分子从气流中扩散到活性炭表面。

2. 吸附：分子进入孔隙并被吸附在炭表面。

3. 平衡：吸附速率与脱附速率达到动态平衡（吸附饱和）。

4. 影响吸附效率的关键因素

5. 典型应用场景

• VOCs处理：吸附苯、甲苯、甲醛等挥发性有机物（工业废气、装修污染）。

• 除臭：去除硫化氢、氨气等异味（垃圾处理站、养殖场）。

• 防毒面具：过滤有毒气体（军事、化工）。

• 水处理：脱色、去除余氯及有机物（净水器、污水处理）。

• 空气净化：家用/车载空气净化器中的除味模块。

6. 活性炭再生与维护

• 再生方法：

• 热再生：高温（100~400℃）加热释放吸附物（需专业设备，适用于工业）。

• 蒸汽脱附：用水蒸气吹扫回收有机溶剂（化工行业）。

• 化学清洗：用酸/碱溶液处理特定污染物（如重金属吸附后的再生）。

• 更换周期：

• 家用场景通常直接更换（饱和后吸附能力不可逆下降）。

• 工业场景可通过再生延长使用寿命（一般3~5次再生后需更换）。

7. 技术局限性

1. 选择性差：对非极性分子（如苯）吸附效果优于极性分子（如甲醛）。

2. 湿度敏感：相对湿度>60%时，吸附效率显著下降。

3. 不适用无机气体：对CO、NOx、SO2等无机气体吸附能力弱。

4. 二次污染风险：饱和后可能脱附释放污染物，需及时更换。

8. 增强型活性炭技术

• 浸渍活性炭：添加化学试剂（如KMnO₄、KI）增强对特定气体（如H2S、汞蒸气）的吸附。

• 蜂窝活性炭：将活性炭制成蜂窝状结构，降低风阻，提高处理效率。

• 活性炭纤维：比颗粒炭吸附速度更快，适用于低浓度污染物。