​颗粒活性炭是一种多孔性吸附剂，由碳质原料（如椰壳、果壳、煤质等）经炭化、活化等工艺精制而成，具有发达的孔隙结构、巨大的比表面积和优异的吸附性能。颗粒活性炭的吸附原理主要基于其独特的物理结构和化学性质，通过物理吸附和化学吸附两种机制共同作用，实现对多种物质的高效去除。以下是具体分析：
一、物理吸附：基于孔隙结构的分子间作用力
孔隙结构的作用
颗粒活性炭具有发达的孔隙结构，包括微孔（<2nm）、中孔（2-50nm）和大孔（>50nm）。这些孔隙提供了巨大的比表面积（通常为500-1500平方米/克），形成大量吸附位点。
微孔：主要吸附小分子物质（如气体、挥发性有机物），贡献大部分比表面积。
中孔：吸附中等分子物质（如部分有机物、染料），同时作为微孔与大孔的通道。
大孔：吸附大分子物质（如胶体、蛋白质），并作为物质进入内部孔隙的通道。
分子间作用力（范德华力）
当污染物分子靠近活性炭表面时，会因分子间作用力（如色散力、诱导力、取向力）被吸附到孔隙内。这种吸附是可逆的，即通过升温或减压可脱附再生。
适用场景：去除水中的有机物、异味、余氯，以及空气中的甲醛、苯等挥发性有机物。
二、化学吸附：基于表面官能团的化学反应
表面官能团的作用
活性炭表面含有羟基（-OH）、羧基（-COOH）、酚羟基等官能团，这些基团可与某些污染物发生化学反应，形成化学键，从而增强吸附效果。
酸性官能团（如羧基）：易吸附碱性物质（如氨氮、重金属离子）。
碱性官能团（如吡喃酮）：易吸附酸性物质（如酚类化合物）。
氧化还原反应
部分官能团具有氧化还原性，可与污染物发生电子转移，改变其化学性质。例如：
吸附重金属离子（如汞、铅）时，官能团可能将其还原为低毒或无毒形态。
吸附有机物时，可能引发开环、断链等反应，降低其毒性。
适用场景
去除水中的重金属离子（如铬、镉）、有机污染物（如农药、染料）。
脱除空气中的硫化氢、二氧化硫等酸性气体。
三、物理吸附与化学吸附的协同作用
分层吸附机制
污染物分子首先通过物理吸附进入活性炭的孔隙结构，随后与表面官能团发生化学吸附，形成多层吸附网络。这种协同作用显著提高了吸附容量和选择性。
示例：吸附水中的苯酚时，苯酚分子先通过物理吸附进入微孔，再与表面羟基发生氢键作用，形成稳定的化学吸附。
孔隙结构与官能团的匹配性
微孔适合吸附小分子，中孔和大孔为化学吸附提供反应空间。
官能团的种类和分布影响对特定污染物的吸附效果。例如，含羧基的活性炭对重金属离子吸附能力更强。
四、影响吸附效果的因素
活性炭性质
比表面积：比表面积越大，吸附位点越多，吸附容量越高。
孔隙结构：孔径分布需与污染物分子大小匹配，以提高吸附效率。
表面化学性质：官能团的种类和数量决定对特定污染物的选择性。
污染物性质
分子大小：小分子易进入微孔，大分子需依赖中孔和大孔。
极性：极性分子易被极性官能团吸附，非极性分子则依赖范德华力。
溶解度：溶解度低的污染物更易被吸附。
环境条件
温度：升温通常降低物理吸附容量（因分子热运动加剧），但可能促进化学吸附。
pH值：影响官能团的电离状态，从而改变对酸碱污染物的吸附能力。
共存物质：其他污染物可能竞争吸附位点，降低目标污染物的去除率。