Aktiivihiili on materiaali, jolla on erittäin huokoinen rakenne ja suuri ominaispinta-ala ja jolla on erinomainen adsorptiokyky ja kemiallinen reaktiivisuus. Ennen kuin ymmärtää aktiivihiilen toiminnan, on ensin ymmärrettävä adsorption ja pintaominaisuuksien käsitteet.
Adsorptio on prosessi, jossa kaasu, neste tai liuennut aine adsorboidaan väliaineesta (esim. vesi, ilma) kiinteälle pinnalle. Aktiivihiilen huokoinen rakenne antaa sille suuremman pinta-alan, mikä tarjoaa valtavan kosketusalueen adsorboiville aineille.
Aktiivihiilen toimintaperiaate voidaan tiivistää seuraaviin näkökohtiin:
1. Fysikaalinen adsorptio: Aktiivihiili adsorboi molekyylejä pinnaltaan fysikaalisen adsorption kautta. Tämä johtuu aktiivihiilen erittäin suuresta ominaispinta-alasta ja suuresta määrästä mikrohuokosia ja mesohuokoisia rakenteita. Kun kaasumolekyylit tai liuenneet aineet koskettavat aktiivihiilen pintaa, ne adsorboituvat aktiivihiilen huokosiin adsorbentin pinnalla olevan vetovoiman ja voiman ansiosta.
2. Kemiallinen adsorptio: Fysikaalisen adsorption lisäksi aktiivihiili voi myös siepata molekyylejä kemiallisen adsorption avulla. Tämä johtuu siitä, että jotkin aktiivihiilen pinnalla olevat kemialliset funktionaaliset ryhmät (kuten hydroksyyli, karboksyyli jne.) voivat reagoida kemiallisesti tietyntyyppisten molekyylien kanssa. Tämä kemiallinen adsorptio voi parantaa aktiivihiilen adsorptiokykyä tiettyjen orgaanisten aineiden suhteen.
3. Pinnan ominaisuudet: Aktiivihiilen pinnalla on tietyt varausominaisuudet. Nämä pintavaraukset voivat olla sähköstaattisesti vuorovaikutuksessa liuoksessa olevien ionien tai varautuneiden molekyylien kanssa. Aktiivihiilen pinnan kemiallisista ominaisuuksista ja fysikaalisesta rakenteesta riippuen aineita, joilla on erityisiä sähköisiä ominaisuuksia, voidaan valikoivasti adsorboida tai jättää pois.
Erityyppisiä aktiivihiilejä voidaan räätälöidä erityyppisille saasteille. Esimerkiksi jotkut aktiivihiilet adsorboivat paremmin haihtuvia orgaanisia yhdisteitä (VOC) tai hajuisia aineita, kun taas toisilla on suurempi selektiivinen adsorptiokyky aineille, kuten raskasmetalli-ioneille tai torjunta-ainejäämille.
Aktiivihiilen suorituskyky liittyy läheisesti sen fysikaalisiin ja kemiallisiin ominaisuuksiin ja käyttöolosuhteisiin. Aktiivihiilen adsorptiokykyyn vaikuttavia tekijöitä ovat huokoskokojakauma, ominaispinta-ala, huokostilavuus jne. Lisäksi aktiivihiilen adsorptiokykyyn ja tehokkuuteen vaikuttavat myös sellaiset tekijät kuin lämpötila, kosteus, liuenneen aineen pitoisuus ja kosketusaika. .
Kaiken kaikkiaan aktiivihiili voi adsorboida kaasuja, nesteitä tai liuenneita aineita pinnalle fysikaalisen adsorption ja kemiallisen adsorption mekanismien kautta sen huokoisen rakenteen ja valtavan ominaispinta-alan kautta. Prosessi perustuu aineiden välisiin vuorovaikutusvoimiin ja aktiivihiilen pintojen ominaisuuksiin. Aktiivihiilen toimintaperiaate on, että sen ainutlaatuinen rakenne ja ominaisuudet tekevät siitä tehokkaan adsorbentin, jota käytetään laajalti vedenkäsittelyssä, ilmanpuhdistuksessa ja muissa ympäristösovelluksissa.
