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(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、較大的比表面積和豐富的表面化學(xué)基團(tuán)，特異性吸附能力較強(qiáng)的炭材料的統(tǒng)稱。 [2] 

通常為粉狀或粒狀具有很強(qiáng)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。 [3] 

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(kuò)大原有的孔隙，改善微孔結(jié)構(gòu)，增加活性。低溫（400℃）活化的炭稱L-炭，高溫（900℃）活化的炭稱H-炭。H-炭必須在惰性氣氛中冷卻，否則會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)-炭。活性炭的吸附性能與氧化活化時(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(jī)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(jié)構(gòu)愈發(fā)達(dá)，比表面積和吸附活性愈大。 [3] 

活性炭中的灰分組成及其含量對(duì)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。 [3] 

截止2007年，世界活性炭年產(chǎn)量達(dá)900kt，其中煤基(質(zhì))活性炭占總產(chǎn)量的2/3以上；而中國(guó)年產(chǎn)量已突破400kt，居世界首位，美國(guó)、日本等也是世界主要的活性炭產(chǎn)出國(guó)。 [4]

根據(jù)活性炭的外形，通常分為粉狀和粒狀兩大類。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(guī)則形狀的破碎炭等。隨著現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)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。[5] 

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(gòu)成活性炭的主體部分。活性炭的微晶結(jié)構(gòu)不同于石墨的微晶結(jié)構(gòu)，其微晶結(jié)構(gòu)的層間距在0.34～0.35nm之間，間隙大。即使溫度高達(dá)2000 ℃以上也難以轉(zhuǎn)化為石墨，這種微晶結(jié)構(gòu)稱為非石墨微晶，絕大部分活性炭屬于非石墨結(jié)構(gòu)。石墨型結(jié)構(gòu)的微晶排列較有規(guī)則，可經(jīng)處理后轉(zhuǎn)化為石墨。非石墨狀微晶結(jié)構(gòu)使活性炭具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)，其孔隙結(jié)構(gòu)可由孔徑分布表征?；钚蕴康目讖椒植挤秶軐?，從小于1nm到數(shù)千nm。有學(xué)者提出將活性炭的孔徑分為三類：孔徑小于2nm為微孔，孔徑在2～50nm為中孔，孔徑大于50nm為大孔。 [5] 

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(duì)壓力下產(chǎn)生毛細(xì)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(dá)微孔和中孔的通道，對(duì)吸附過(guò)程影響不大。 [5] 

活性炭?jī)?nèi)部具有晶體結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)，活性炭表面也有一定的化學(xué)結(jié)構(gòu)。活性炭吸附性能不僅取決于活性炭的物理（孔隙）結(jié)構(gòu)，而且還取決于活性炭表面的化學(xué)結(jié)構(gòu)。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(duì)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(yīng)形成不同的表面基團(tuán)，這些表面基團(tuán)的存在毫無(wú)疑問(wèn)地影響到活性炭的吸附性能。X 射線研究表明，這些雜環(huán)原子與碳原子結(jié)合在芳香片的邊緣，產(chǎn)生含氧、含氫和含氮表面化合物。當(dāng)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(tuán)分為酸性、堿性和中性 3 種。酸性表面官能團(tuán)有羰基、羧基、內(nèi)酯基、羥基、醚、苯酚等，可促進(jìn)活性炭對(duì)堿性物質(zhì)的吸附；堿性表面官能團(tuán)主要有吡喃酮（環(huán)酮）及其衍生物，可促進(jìn)活性炭對(duì)酸性物質(zhì)的吸附。 [5] 

磷酸等酸性活化劑制備的活性炭表面以酸性基團(tuán)為主 ，對(duì)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(tuán)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(tuán)總體呈中性。 [5] 

活性炭吸附是指利用活性炭的固體表面對(duì)水中的一種或多種物質(zhì)的吸附作用，以達(dá)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(jié)構(gòu)有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，顆粒越小，孔隙擴(kuò)散速度越快，活性炭的吸附能力就越強(qiáng)。
吸附能力和吸附速度是衡量吸附過(guò)程的主要指標(biāo)。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(nèi)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。 [6] 

活性炭發(fā)生的主要是物理吸附，大多數(shù)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 ：

式中：

 （覆蓋度）—— 一定溫度下，吸附分子在固體表面上所占面積占表面總面積的分?jǐn)?shù)；

 ——吸附質(zhì)在氣相的分壓；

 ——吸附與脫附的速度之比；

 ——?dú)怏w在固體表面上的吸附量。 [6]