Aktivt kul er et materiale med en meget porøs struktur og et stort specifikt overfladeareal, som har fremragende adsorptionskapacitet og kemisk reaktivitet. Før man forstår, hvordan aktivt kul virker, er det først nødvendigt at forstå begreberne adsorption og overfladeegenskaber.
Adsorption er den proces, hvorved en gas, væske eller opløst stof adsorberes fra et medium (f.eks. vand, luft) på en fast overflade. Den porøse struktur af aktivt kul giver det et større overfladeareal, hvilket giver et enormt kontaktområde for adsorberende stoffer.
Funktionsprincippet for aktivt kul kan koges ned til følgende aspekter:
1. Fysisk adsorption: Aktivt kul adsorberer molekyler på overfladen gennem fysisk adsorption. Dette skyldes det ekstremt høje specifikke overfladeareal og det store antal mikroporer og mesoporøse strukturer af aktivt kul. Når gasmolekyler eller opløste stoffer berører overfladen af aktivt kul, vil de blive adsorberet i porerne af aktivt kul på grund af den tiltrækningskraft og kraft, der findes på overfladen af adsorbenten.
2. Kemisk adsorption: Ud over fysisk adsorption kan aktivt kul også fange molekyler ved kemisk adsorption. Dette skyldes, at nogle kemiske funktionelle grupper (såsom hydroxyl, carboxyl osv.) på overfladen af aktivt kul kan reagere kemisk med bestemte typer molekyler. Denne kemiske adsorption kan øge adsorptionskapaciteten af aktivt kul for visse organiske stoffer.
3. Overfladekarakteristika: Overfladen af aktivt kul har visse ladningsegenskaber. Disse overfladeladninger kan elektrostatisk interagere med ioner eller ladede molekyler i opløsning. Afhængigt af de kemiske egenskaber og fysiske struktur af den aktive kuloverflade kan stoffer med specifikke elektriske egenskaber adsorberes eller udelukkes selektivt.
Forskellige typer aktivt kul kan skræddersyes til forskellige typer forurenende stoffer. For eksempel er nogle aktive kulstoffer bedre til at adsorbere flygtige organiske forbindelser (VOC) eller lugtende stoffer, mens andre har en højere selektiv adsorptionskapacitet for stoffer som tungmetalioner eller pesticidrester.
Aktivt kuls ydeevne er tæt forbundet med dets fysiske og kemiske egenskaber og anvendelsesbetingelser. Faktorer, der påvirker aktivt kuls adsorptionsydelse, omfatter porestørrelsesfordeling, specifikt overfladeareal, porevolumen osv. Derudover påvirkes aktivt kuls adsorptionskapacitet og effektivitet også af faktorer som temperatur, fugtighed, koncentration af opløst stof og kontakttid .
Alt i alt kan aktivt kul adsorbere gasser, væsker eller opløste stoffer på dens overflade gennem mekanismerne fysisk adsorption og kemisk adsorption gennem dets porøse struktur og enorme specifikke overfladeareal. Processen er afhængig af vekselvirkningskræfterne mellem stoffer og egenskaberne ved overflader af aktivt kul. Funktionsprincippet for aktivt kul er, at dets unikke struktur og egenskaber gør det til en effektiv adsorbent, der i vid udstrækning anvendes til vandbehandling, luftrensning og andre miljømæssige anvendelser.
