活性炭有很多不同形状和不同大小的细孔，孔壁的总面积即为表面积，每克活性炭的表面积高达700-1600m²，由于这样大的表面积，使活性炭具有较强的吸附能力。活性炭的吸附特性不仅受细孔构造的影响，而且受表面化学性质的影响。活性炭除碳元素外，还含有两种物质，一种是以化学键结合的元素，如氧和氢;另一种是灰分，其灰分随活性炭种类不同而异，椰壳炭灰分小于3%，而煤质活性炭灰分高达20%-30%左右，活性炭中含硫是比较低的，质量好的活性炭中不应检出硫化物。
氢和氧的存在对活性炭的性质有很大的影响，因为这些元素与碳以化学键结合，而使活性炭的表面上有了各种有机官能团形式的氧化物以碳氢化合物，这些氧化物和碳氢化合物使活性炭与吸附质分子发生化学作用，显示出活性炭在吸附过程中的选择吸附特性。
活性炭的吸附作用有三种类型。
(1)活性炭物理特性 分子力产生的吸附称为物理吸附，它的特点是被吸附的分子不是附着在吸附剂表面固定点上，而稍能在界面上作自由移动。它是一个放热过程，吸附热较小，一般为21-41.8kJ/mol，不需要活化能，在低温条件下即可进行;为可逆过程，即在吸附的同时，被吸附的分子由于热运动还会离开固体表面，这种现象称为解吸。物理吸附可以形成单分子层吸附又可形成多分子层吸附，由于分子力的普遍存在，一种吸附剂可以吸附多种物质，但由于吸附物质不同，吸附量也有所差别，这种吸附现象与吸附剂的表面积、细孔分布有着密切关系，也和吸附剂表面张力有关。活性炭对芳香族化合物吸附优于对非芳香族化合物的吸附，如对苯的吸附优于对环已烷的吸附。对不含有磷、碳、氰、氟等无机元素或基团的有机化合物的吸附总是优于含有这些无机元素或基团的有机化合物。如活性炭对苯的吸附要高于对吡啶(氮苯)的吸附。对带有支链烃类的吸附，优于对直链烃类的吸附。对分子量大的沸点高的有机化合物的吸附总是高于分子量小的沸点低的有机化合物有吸附等。
(2)活性炭化学吸附 活性炭在制造过程中炭表面能生成一些官能团，如羧基、羟基、羰基等，所以活性炭也能进行化学吸附。吸附剂和吸附质之间靠化学键的作用，发生化学反应，使吸附剂与吸附质之间牢固地联系在一起，这种连接过程是放热过程。由于化学反应需要大量的活化能，一般需要在较高的温度下进行，吸收热较大，在41.8-418kJ/mol范围内，为选择性吸附。一种吸附剂只能对某种或特定几种物质有吸附作用，因此化学吸附只能是单分子层吸附，吸附是较稳定的，不易解吸，这种吸附与吸附剂和吸附质的表面化学性质有关。活性炭在制造过程中，由于制造工艺不一样，活性炭表面有碱性氧化物的易吸附溶液中酸性物质，表面有酸性氧化物则易吸附溶液中碱性物质。
(3)活性炭交换吸附 一种物质的离子由于静电引力聚集在吸附剂表面的带电点上，在吸附过程中，伴随着等量离子的交换，离子的电荷是交换吸附的决定因素。被吸附的物质往往发生了化学变化，改变了原来被吸附物质的化学性质，这种吸附也是不可逆的。因此仍属于化学吸附，活性炭经再生也很难恢复到原来的性质。
在水处理过程中，活性炭吸附过程多为几种吸附现象的综合作用。
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