活性炭是由木質(zhì)、煤質(zhì)和石油焦等含碳的原料經(jīng)熱解、活化加工制備而成，具有發(fā)達的孔隙結構、較大的比表面積和豐富的表面化學(xué)基團，特異性吸附能力較強的炭材料的統稱(chēng)。

通常為粉狀或粒狀具有很強吸附能力的多孔無(wú)定形炭。由固態(tài)碳質(zhì)物（如煤、木料、硬果殼、果核、樹(shù)脂等）在隔絕空氣條件下經(jīng)600～900℃高溫炭化，然后在400～900℃條件下用空氣、二氧化碳、水蒸氣或三者的混合氣體進(jìn)行氧化活化后獲得。

炭化使碳以外的物質(zhì)揮發(fā)，氧化活化可進(jìn)一步去掉殘留的揮發(fā)物質(zhì)，產(chǎn)生新的和擴大原有的孔隙，改善微孔結構，增加活性。低溫（400℃）活化的炭稱(chēng)L-炭，高溫（900℃）活化的炭稱(chēng)H-炭。H-炭必須在惰性氣氛中冷卻，否則會(huì )轉變?yōu)長(cháng)-炭?；钚蕴康奈叫阅芘c氧化活化時(shí)氣體的化學(xué)性質(zhì)及其濃度、活化溫度、活化程度、活性炭中無(wú)機物組成及其含量等因素有關(guān)，主要取決于活化氣體性質(zhì)及活化溫度。

活性炭的含炭量、比表面積、灰分含量及其水懸浮液的pH值皆隨活化溫度的提高而增大?；罨瘻囟扔?，殘留的揮發(fā)物質(zhì)揮發(fā)愈完全，微孔結構愈發(fā)達，比表面積和吸附活性愈大。

活性炭中的灰分組成及其含量對炭的吸附活性有很大影響?；曳种饕蒏2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3、Al2O3、P2O5、SO3、Cl-等組成，灰分含量與制取活性炭的原料有關(guān)，而且，隨炭中揮發(fā)物的去除，炭中的灰分含量增大。

截止2007年，世界活性炭年產(chǎn)量達900kt，其中煤基(質(zhì))活性炭占總產(chǎn)量的2/3以上；而中國年產(chǎn)量已突破400kt，居世界首位，美國、日本等也是世界主要的活性炭產(chǎn)出國。

根據活性炭的外形，通常分為粉狀和粒狀兩大類(lèi)。粒狀活性炭又有圓柱形、球形、空心圓柱形和空心球形以及不規則形狀的破碎炭等。隨著(zhù)現代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現了許多活性炭新品種，如炭分子篩、微球炭、活性炭納米管、活性炭纖維等。

活性炭是由石墨微晶、單一平面網(wǎng)狀碳和無(wú)定形碳三部分組成，其中石墨微晶是構成活性炭的主體部分?；钚蕴康奈⒕ЫY構不同于石墨的微晶結構，其微晶結構的層間距在0.34～0.35nm之間，間隙大。即使溫度高達2000 ℃以上也難以轉化為石墨，這種微晶結構稱(chēng)為非石墨微晶，絕大部分活性炭屬于非石墨結構。石墨型結構的微晶排列較有規則，可經(jīng)處理后轉化為石墨。非石墨狀微晶結構使活性炭具有發(fā)達的孔隙結構，其孔隙結構可由孔徑分布表征?；钚蕴康目讖椒植挤秶軐?，從小于1nm到數千nm。有學(xué)者提出將活性炭的孔徑分為三類(lèi)：孔徑小于2nm為微孔，孔徑在2～50nm為中孔，孔徑大于50nm為大孔。

活性炭中的微孔比表面積占活性炭比表面積的95%以上，在很大程度上決定了活性炭的吸附容量。中孔比表面積占活性炭比表面積的5%左右，是不能進(jìn)入微孔的較大分子的吸附位，在較高的相對壓力下產(chǎn)生毛細管凝聚。大孔比表面積一般不超過(guò)0.5m2/g，僅僅是吸附質(zhì)分子到達微孔和中孔的通道，對吸附過(guò)程影響不大。

活性炭?jì)炔烤哂芯w結構和孔隙結構，活性炭表面也有一定的化學(xué)結構?；钚蕴课叫阅懿粌H取決于活性炭的物理（孔隙）結構，而且還取決于活性炭表面的化學(xué)結構。在活性炭制備過(guò)程中，炭化階段形成的芳香片的邊緣化學(xué)鍵斷裂形成具有未成對電子的邊緣碳原子。這些邊緣碳原子具有未飽和的化學(xué)鍵，能與諸如氧、氫、氮和硫等雜環(huán)原子反應形成不同的表面基團，這些表面基團的存在毫無(wú)疑問(wèn)地影響到活性炭的吸附性能。X 射線(xiàn)研究表明，這些雜環(huán)原子與碳原子結合在芳香片的邊緣，產(chǎn)生含氧、含氫和含氮表面化合物。當這些邊緣成為主要的吸附表面時(shí)，這些表面化合物就改變了活性炭的表面特征和表面性質(zhì)?；钚蕴勘砻婊鶊F分為酸性、堿性和中性 3 種。酸性表面官能團有羰基、羧基、內酯基、羥基、醚、苯酚等，可促進(jìn)活性炭對堿性物質(zhì)的吸附；堿性表面官能團主要有吡喃酮（環(huán)酮）及其衍生物，可促進(jìn)活性炭對酸性物質(zhì)的吸附。

磷酸等酸性活化劑制備的活性炭表面以酸性基團為主 ，對堿性物質(zhì)吸附較好；KOH、K2CO3等堿性活化劑制備的活性炭表面以堿性基團為主，適合于吸附酸性物質(zhì)；而采用CO2、H2O等物理活化方法制備的活性炭表面官能團總體呈中性。

活性炭吸附是指利用活性炭的固體表面對水中的一種或多種物質(zhì)的吸附作用，以達到凈化水質(zhì)的目的?；钚蕴康奈侥芰εc活性炭的孔隙大小和結構有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，顆粒越小，孔隙擴散速度越快，活性炭的吸附能力就越強。
　　吸附能力和吸附速度是衡量吸附過(guò)程的主要指標。吸附能力的大小是用吸附量來(lái)衡量的，吸附速度是指單位時(shí)間內單位重量的吸附劑所吸附的量。在水處理中，吸附速度決定了吸附劑與污水的接觸時(shí)間。

活性炭發(fā)生的主要是物理吸附，大多數是單層分子吸附，其吸附量與被吸附物的濃度服從朗格繆爾單分子層吸附等溫方程 ：

中國國家標準將活性炭按照兩部分進(jìn)行分類(lèi)：一部分按制造使用的主要原材料，另一部分按制造使用的原材料及對應的產(chǎn)品形狀組合分類(lèi)。
　　活性炭按制造使用的主要原材料分為四類(lèi)：煤質(zhì)活性炭、木質(zhì)活性炭、合成材料活性炭和其他類(lèi)活性炭。按制造使用主要原材料及對應的產(chǎn)品形狀組合分類(lèi)分為16種類(lèi)型。其中，煤質(zhì)活性炭分為：柱狀煤質(zhì)顆?；钚蕴?、 破碎煤質(zhì)顆?；钚蕴?、粉狀煤質(zhì)顆?；钚蕴?、球形煤質(zhì)顆?；钚蕴?。木質(zhì)顆?；钚蕴糠譃椋褐鶢钅举|(zhì)顆?；钚蕴?、破碎狀木質(zhì)顆?；钚蕴?、粉狀木質(zhì)顆?；钚蕴?、球形木質(zhì)顆?；钚蕴?。合成材料活性炭分為：柱狀合成材料顆?；钚蕴?、破碎狀合成材料顆?；钚蕴?、粉狀合成材料顆?；钚蕴?、成形活性炭、球形合成材料顆?；钚蕴?、 布類(lèi)合成材料活性炭（炭纖維布）、氈類(lèi)合成材料活性炭（炭纖維氈）。其他類(lèi)活性炭，指除上述三種類(lèi)型活性炭外，由其他原材料（如煤瀝青、石油焦等）制備的活性炭，這類(lèi)活性炭，在產(chǎn)品形狀分類(lèi)中，暫列了瀝青基微球活性炭。詳細分類(lèi)見(jiàn)下表

活性炭按材料和形狀命名。命名的方法則依據命名原則規定的內容進(jìn)行，有三層內容：第一層表示活性炭制造主要原材料，用主要原材料英文單詞的首字母大寫(xiě)表示；第二層表示活性炭的形狀，用形狀英文單詞的首字母大寫(xiě)表示；第三層為活性碳的名稱(chēng)，由漢字組成。

活性炭制造原材料命名的分類(lèi)符號以材料名稱(chēng)英文單詞的首字母大寫(xiě)表示，若名稱(chēng)首字母重復，則在英文單詞首字母后綴一個(gè)小寫(xiě)英文字母，該字母來(lái)源于材料名稱(chēng)的英文單詞（輔音優(yōu)先）。制造原材料分類(lèi)符號中，由于類(lèi)屬于木質(zhì)活性炭的加工原材料種類(lèi)較多，而各種木質(zhì)原材料制造后的活性炭性能有一定的區別，因此，將木質(zhì)活性炭的制造的原材料細分為四類(lèi)：木屑類(lèi)活性炭、果殼類(lèi)活性炭、椰殼類(lèi)活性炭、生物質(zhì)類(lèi)活性炭。這四類(lèi)木質(zhì)活性炭的分類(lèi)符號，用原材料分類(lèi)符號（W）和其具體的原料（木屑、果殼、椰殼、生物質(zhì)）英文單詞的首字母大寫(xiě)用下腳標標注共同表示。 其分類(lèi)符號詳見(jiàn)2016年發(fā)布的中國國家標準GB/T 32560-2016 《活性炭分類(lèi)與命名》。

各類(lèi)形狀的活性炭的分類(lèi)符號，以形狀名稱(chēng)英文單詞的首字母大寫(xiě)表示，若形狀名稱(chēng)首字母重復，在英文單詞首字母后綴一個(gè)小寫(xiě)英文字母，該字母來(lái)源于該形狀的英文單詞（輔音優(yōu)先）。對于破碎狀活性炭來(lái)講，除木質(zhì)破碎狀活性炭外，煤質(zhì)破碎狀活性炭現有三類(lèi)，這三類(lèi)破碎狀煤質(zhì)活性炭生產(chǎn)工藝不同，質(zhì)量指標和應用領(lǐng)域也有較大差別，為方便廠(chǎng)商和應用客戶(hù)對破碎狀煤質(zhì)活性炭加以區別， 標準對破碎狀活性炭的形狀命名分類(lèi)符號做了如下規定：破碎狀活性炭的形狀分類(lèi)符號由G和具體各類(lèi)破碎狀活性炭的名稱(chēng)英文單詞的首字母大寫(xiě)表示在 G 后下腳標處，共同表示，如：壓塊破碎活性炭（煤質(zhì)）表示為GB 。 形狀命名具體分類(lèi)見(jiàn)2016年發(fā)布的中國國家標準GB/T 32560-2016 《活性炭分類(lèi)與命名》

化學(xué)活化法就是通過(guò)將各種含碳原料與化學(xué)藥品均勻地混合后，一定溫度下，經(jīng)歷炭化、活化、回收化學(xué)藥品、漂洗、烘干等過(guò)程制備活性炭。磷酸、氯化鋅、氫氧化鉀、氫氧化鈉、硫酸、碳酸鉀、多聚磷酸和磷酸酯等都可作為活化試劑，盡管發(fā)生的化學(xué)反應不同，有些對原料有侵蝕、水解或脫水作用，有些起氧化作用，但這些化學(xué)藥品都可對原料的活化有一定的促進(jìn)作用，其中最常用的活化劑為磷酸、氯化鋅和氫氧化鉀?；瘜W(xué)活化法的活化原理還不十分清楚，一般認為化學(xué)活化劑具有侵蝕溶解纖維素的作用，并且能夠使原料中的碳氫化合物所含有的氫和氧分解脫離，以 H2O、CH4等小分子形式逸出，從而產(chǎn)生大量孔隙。此外，化學(xué)活化劑能夠抑制焦油副產(chǎn)物的形成，避免焦油堵塞熱解過(guò)程中生成的細孔，從而可以提高活性炭的收率。

我國木質(zhì)磷酸法粉狀活性炭已經(jīng)實(shí)現了規?；?、自動(dòng)化和清潔化生產(chǎn)，整體技術(shù)達到國際領(lǐng)先水平。

磷酸法制備活性炭的過(guò)程中，磷酸與木質(zhì)纖維原料的作用機理可分為以下幾個(gè)方面：潤脹作用、加速活化作用、脫水作用、氧化作用和芳香縮合作用。

磷酸活化法的基本工藝包括木屑篩選、干燥、磷酸溶液配制、混合(或浸漬) 、炭化、活化、回收、漂洗（包括酸處理和水洗）、離心脫水、干燥與磨粉等工序，如生產(chǎn)顆?；钚蕴窟€需增加捏合工藝。另外，附設專(zhuān)門(mén)的廢氣凈化系統，回收煙氣中的磷酸和炭粉，減少對環(huán)境的污染。磷酸活化法的生產(chǎn)工藝中，要注意在炭化段控制度，讓磷酸充分滲透入木屑，再與活化段協(xié)同控制，可以明顯提高活性炭吸附能力，產(chǎn)品質(zhì)量穩定，同時(shí)適當降低活化溫度對降低產(chǎn)品灰分有利。炭活化尾氣采用多段液相回收可以增加磷酸和細炭粉的回收，采用高壓靜電方式也有利于尾氣中焦油的去除。

ZnCl2在活化過(guò)程中使木質(zhì)纖維原料發(fā)生脫氫反應并進(jìn)一步芳構化，從而形成初步孔結構，水洗脫除氯化鋅后即形成孔隙結構。此外還有學(xué)者認為氯化鋅在炭化時(shí)形成新生炭沉積的骨架，當其被洗去之后，炭的表面便暴露出來(lái)，構成了具有吸附力的活性炭?jì)缺砻妗?span id="lp7dxpv" class="sup--normal" data-ctrmap=":2," data-sup="2" style="margin: 0px 0px 0px 2px; padding: 0px 2px; font-size: 10.5px; line-height: 0; position: relative; vertical-align: baseline; top: -0.5em; white-space: nowrap; color: rgb(51, 102, 204); cursor: pointer;">

氯化鋅活化工藝流程與磷酸活化法工藝基本相似。氯化鋅法活性炭由于其孔徑分布相對集中、吸附力強等特點(diǎn)，一直受到國內外市場(chǎng)的青睞，需求量逐年增加。

KOH活化法是20世紀70年代興起的一種制備高比表面積活性炭的活化工藝，其活化過(guò)程是將原料炭與數倍炭質(zhì)量的KOH或NaOH混合，在不超過(guò)500℃下脫水后于800 ℃左右煅燒若干時(shí)間，冷卻后將產(chǎn)品洗滌至中性即可得到活性炭。反應機理是活化過(guò)程中被消耗的炭主要生成了碳酸鉀，同時(shí)在800℃左右，被炭還原的金屬鉀（沸點(diǎn)762℃）析出，金屬鉀的蒸氣不斷進(jìn)入碳原子所構成的層與層之間進(jìn)行活化，這兩個(gè)反應使產(chǎn)物具有很大的比表面積。

KOH法活性炭主要應用在超級電容器領(lǐng)域。以椰殼為主要原料所制得的活性炭比表面積可接近3000m2/g，比電容可超過(guò)200F/g，同時(shí)還可表現出非常優(yōu)良的儲氫和儲甲烷能力，在77K 和100kPa的情況下，儲氫量可達到2.94%，壓力提高至1MPa，儲氫量可達4.82%。

物理法通常又稱(chēng)氣體活化法，是將已炭化處理的原料在800 ～1000℃的高溫下與水蒸氣，煙道氣（水蒸氣、CO2、N2等的混合氣）、CO或空