Активированный уголь — это высокопористое вещество, которое притягивает и удерживает внутри себя органические химикаты. Носитель создается путем предварительного сжигания углеродсодержащего вещества без кислорода, в результате чего образуется “обуглившийся” углерод. Затем “уголь” подвергается химической или физической обработке для образования взаимосвязанного ряда “отверстий” или поров внутри угля. Большая площадь поверхности этой внутренней сети пор приводит к чрезвычайно большой площади поверхности, которая может притягивать и удерживать органические химикаты.

Основным сырьем, используемым для производства активированного угля, является любой органический материал с высоким содержанием углерода (уголь, древесина, торф, скорлупа кокосовых орехов). Гранулированный наполнитель из активированного угля чаще всего получают путем измельчения сырья, добавления подходящего связующего для придания ему твердости, повторного уплотнения и дробления до нужного размера.

Материал на основе углерода преобразуется в активированный уголь путем термического разложения в печи с использованием контролируемой атмосферы и тепла. Полученный продукт имеет невероятно большую площадь поверхности на единицу объема и сеть субмикроскопических пор, в которых происходит адсорбция.

Стенки пор обеспечивают молекулы поверхностного слоя, необходимые для адсорбции. Удивительно, но один фунт углерода (литровый контейнер) обеспечивает площадь поверхности, эквивалентную шести футбольным полям.

Потенциально могут быть активированы почти все материалы, содержащие высокое фиксированное содержание углерода. Наиболее часто используемым сырьем являются уголь (антрацит, битуминозный и бурый уголь), скорлупа кокосовых орехов, древесина (как мягкая, так и твердая), торф и остатки на основе нефти.

Были оценены многие другие виды сырья, такие как скорлупа грецкого ореха, персиковые косточки, скорлупа ореха бабассу и пальмовые ядра, но неизменно их коммерческое ограничение связано с поставками сырья. Это можно проиллюстрировать, если учесть, что из 1000 тонн необработанного сырья типа скорлупы получится только около 100 тонн активированного угля хорошего качества.

Большинство углеродсодержащих материалов действительно имеют определенную степень пористости и площадь внутренней поверхности в пределах 10-15 м2 / г. Во время активации внутренняя поверхность становится более развитой и расширенной за счет контролируемого окисления атомов углерода – обычно это достигается использованием пара при высокой температуре.

После активации площадь внутренней поверхности угля составит от 700 до 1200 м2 / г, в зависимости от условий эксплуатации установки.

Площадь внутренней поверхности должна быть доступна для прохождения жидкости или пара, если существует вероятность адсорбции. Таким образом, необходимо, чтобы активированный уголь имел не только хорошо развитую внутреннюю поверхность, но и доступ к этой поверхности через сеть пор различного диаметра.

В качестве обобщения диаметры пор обычно классифицируются следующим образом:

• микропоры <40 Ангстрем
• мезопористость 40-5000 Ангстрем
• макропоры > 5000 Ангстрем (обычно 5000-20000 А)

В процессе производства сначала образуются макропоры в результате окисления слабых мест (краевых групп) на внешней поверхности сырья. Затем образуются мезопоры, которые, по сути, являются вторичными каналами, образованными в стенках структуры макропор. Наконец, микропоры образуются в результате воздействия плоскостей в структуре исходного материала.