活性碳是一種多孔性的含碳(Carbon)物質, 它具有高度發達的孔隙構造, 是一種極優良的吸附劑；3公克活性碳展開的表面積相當於一個足球場那麼多；其吸附作用是藉由物理性吸附力與化學性吸附力達成。 另外組成物質除了碳元素外，尚含有少量的氫、氮、氧及灰份，結構則為碳形成六環物堆積而成。 由於六環碳的不規則排列，形成了活性碳多微孔體積及高表面積的特性。

活性碳可從許多種含碳物質製成，這些物質包括木材、鋸屑、煤、焦炭、泥煤、木質素、果核、硬果殼、蔗糖漿粕、骨、褐煤、石油殘渣等，只要有含碳的物質都可以當成活性碳的原料。其中煤、椰子殼及木頭已成為製造活性碳最常用的原料。活性碳的製造基本上分為兩過程，第一過程包括脫水及炭化，將原料加熱，在170至600℃ 的溫度下乾燥，並使原有的有機物大約80％炭化。第二過程是使炭化物活化，這是經由用活化劑如水蒸汽與炭反應來完成的，在吸熱反應中主要產生由CO及H2組成的混合氣體,用以燃燒加熱炭化物至適當的溫度（800至1200℃），以燒除其中所有可分解的物質，由此產生發達的微孔結構及巨大的比表面積，因而具有很強的吸附能力。

活性碳的孔隙按孔徑的大小依IUPAC可分為三類。

微 孔：≤ 2nm

中 孔：2~50nm (又可稱：過渡孔)

大 孔：≥ 50nm

碳的來源有有許多種，不同碳原料的吸附特性亦有差異。此外，活化處理過程也有程度上的差別，可以讓碳產生多量或少量大孔、中孔的孔隙，以及活性碳的吸附表面積。即使在相同活化處理過程下，不同原料的碳亦會產生不同的吸附特性及效果。反之，若使用相同的碳原料，但經不同的活化處理過程(孔隙打開的等級高或低)，則活性碳的特性亦絕對不相同。雖然所有活性碳的功能都差不多，但卻有幾項因素(空氣、液體)會影響其效能表現。如碳的種類、活性碳數量的多寡、活性碳處理及活化方式與過程、以及設計活性碳與介質(如水)接觸來吸附汙染物的時間等。如何選擇優異的碳原料及適當的活化處理程度，以確保有效去除汙染物是非常重要的關鍵。

由不同原料製成的活性碳具有不同大小的孔徑。由椰殼製的活性碳具有最小的孔隙半徑。木質活性碳一般具有最大的孔隙半徑，它們用於吸附較大的分子，並且幾乎專用於液相中。

在製糖、製藥脫色處理使用的活性碳即是用木材制成的，稱為木質活性碳。煤質活性碳的孔隙大小介於兩者之間。在煤質活性碳中，褐煤活性碳比無煙煤活性碳具有較多的過渡孔隙及較大的平均孔徑，因此能有效地除去水中大分子有機物。一般在水處理中使用的活性碳，其表面積不一定過大，但是應具有較多的過渡孔隙及較大的平均孔徑。

近年來CALGON公司創新了活性碳製程技術，將精選過的不同等級、不同吸附孔隙大小之煤原料，經過混和、研磨、60,000psi；高壓結塊、搗碎，再經炭化及活化的過程，所產生的產品稱之為重組碳，又名壓塊碳。它多造了取多傳輸孔、孔隙分佈更均勻、汙染物的吸附更持久，磨耗質更高，可謂是新一代的活性碳產品。

主要用途及種類

• 空氣淨化處理用活性碳。

• 污水處理場排氣吸附用活性碳。

• 化學品儲槽排氣吸附用活性碳

• 垃圾焚化爐排氣吸附用活性碳

• 濾毒罐用活性碳

• 飲用水淨化處理用活性碳。

• 純水、超純水制造前處理用活性碳。

• 廢水回收前處理用活性碳。

• 輔助廢水生物處理用活性碳。

• 毒性廢水處理用活性碳。

• 高著色廢水處理用活性碳。

• 金屬廢水處理用活性碳。

• 一般有機廢水處理用活性碳。

• 其他特殊廢水處理用活性碳。

活性碳常用的規格與檢驗分析

• 規格(size)

  破碎狀(mesh) : 4X8, 6X12, 8X30, 12X40, 20X40

  造粒型 (mm) : 1.5, 3, 4, 10

  粉末狀(mesh) : 200-325

• 假比重(Bulkdensity)g/ml 0.4-0.55

• 碘值(Iodine No.),mg/g:800-1200

• 亞甲基藍吸附力(Methylene Blue capacity),mg/g: 150-250

• 四氯化碳吸附率(CTC),%:45-90

• 甲苯吸附率(Toluene),%:25-45

• 硬度(Hardness),%:80-99

• 水分(Moisture),%:0.5-10

• 灰分(Ash),%:1~25

檢驗分析

• 水份ASTM D 2867-95

  意義：常常要求用活性碳水份含量來規定和表示與活性碳淨重有關性質。

  方法：把活性碳樣放入一乾燥密閉且已知重量的比重瓶內，秤量其重量，半開瓶蓋一起放入烘箱內乾燥至恒重，取出冷卻至室溫後秤量密閉且內含活性碳樣的比重瓶，以損失重量計算佔原碳樣的百分比表示。

• 碘值ASTM D 4607-94

  意義：不同吸附質分子大小及化學結構對吸附有影響，因為吸附速度受內擴散速度影響，吸附質分子大小與活性碳孔徑成一定比例，最有利於吸附。對吸附來說微孔是最重要的，其能決定活性碳吸附能力，而碘分子大小為126.9屬小分子且在實驗操作方法較容易也較易判斷，故碘值是活性碳微孔結構的主要指標值之一，可用來估算活性碳之比表面積，也可由碘值高低來判定微孔結構和其分佈是否發達，另外還可判定此活性碳對小分子吸附質之吸附能力。

  方法：在規定條件下計算並秤取三份不同重量的活性碳中加入鹽酸加熱至沸騰，然後再加入標準碘溶液搖晃30秒，過濾活性碳處理過的碘液，以標準硫代硫酸鈉溶液滴定濾液至無色並記錄所使用之體積，計算每克活性碳所吸附的碘量及剩餘濾液的當量濃度並繪製圾附等溫線，再代入規定系數即可求出此活性碳樣之碘值。

• 表觀密度ASTM D 2854-96

  意義：設計內裝活性碳容器時，可由表觀密度計算出已知體積之活性碳重量。

  方法：讓活性碳從振動加料器自由掉入一適當大小的量筒內，量取所充填的體積並秤量其重量。

• 酸鹼值ASTM D 3838-80

  意義：當含有吸附質的流體通過活性碳層時，在活性碳及其他非碳組成物會和含吸附質之流體產生化學反應，pH可能是一種會產生反應之參數，也是活性碳一項特性。

  方法：將活性碳樣在水中煮沸，使用迴流冷凝器再循環水蒸氣，過濾活性碳，將濾液冷卻至50℃並用測定儀測定其pH。

• 灰份ASTM D 2866-94

  意義：灰份含量及組成，因活性碳種類而有不同變化，其含量會隨著原材料的炭化和活化程度而增加，而在一些特定用途中，灰份含量和組成可能影響活性碳之能力及性質。

  方法：把已秤重之乾燥活性碳樣放入一已知重量坩堝中，然後放入可控溫之箱型高溫爐中燃燒5-16小時，冷卻至室溫後取出秤重，以灰化碳之重量佔碳樣重量之百分比表示。

• 粒徑分析ASTM D 2862-92

  意義：為了使氣體或液體在活性碳裝填床層內得到適當接觸，就必須知道活性碳顆粒大小分佈，因顆粒大小分佈的變化會影響裝填床層壓力降和吸附速度。例如在水處理中若懸浮微粒粒徑大於活性碳間的孔隙時，粒子無法穿透活性碳層而堆積在活性碳層表面，逐漸形成一濾餅並產生相當大的壓力損失。

  方法：將已知重量的活性碳放在一組標準篩之頂部篩網上，且在標準條件下振動10分鐘，然後秤量留在每只篩網及底盤上的活性碳，計算其佔活性碳總重之百分比。

• 硬度ASTM D 3802-79

  意義：為了測定活性碳在使用條件下顆粒抗破碎能力。

  方法：將篩選和秤量過之活性碳樣放入一個具有不鏽鋼球的專用強度試驗盤內，然後受旋轉和敲擊聯合作用30分鐘，結束後秤量保留在篩網上之活性碳重量，計算佔原總重之百分比；另外秤重落入底盤之破碎活性碳顆粒之重量，計算以做比對。

• 四氯化碳吸附ASTM D 3467-94

  意義：判定活性碳對有機溶劑氣體吸附能力。

  方法：在一定條件下使載持四氯化碳的空氣流經已知重量的活性碳樣，直到碳樣重量不再增加為止，然後秤量已吸附四氯化碳活性碳之重量。

活性碳的製造(活性碳的製造方法主要有兩個步驟)

• 炭化 ( Carbonization )

  意義：常常要求用活性碳水份含量來規定和表示與活性碳淨重有關性質。

  

• 活化 ( Activation )

  意義：不同吸附質分子大小及化學結構對吸附有影響，因為吸附速度受內擴散速度影響，吸附質分子大小與活性碳孔徑成一定比例，最有利於吸附。對吸附來說微孔是最重要的，其能決定活性碳吸附能力，而碘分子大小為126.9屬小分子且在實驗操作方法較容易也較易判斷，故碘值是活性碳微孔結構的主要指標值之一，可用來估算活性碳之比表面積，也可由碘值高低來判定微孔結構和其分佈是否發達，另外還可判定此活性碳對小分子吸附質之吸附能力。

  方法：在規定條件下計算並秤取三份不同重量的活性碳中加入鹽酸加熱至沸騰，然後再加入標準碘溶液搖晃30秒，過濾活性碳處理過的碘液，以標準硫代硫酸鈉溶液滴定濾液至無色並記錄所使用之體積，計算每克活性碳所吸附的碘量及剩餘濾液的當量濃度並繪製圾附等溫線，再代入規定系數即可求出此活性碳樣之碘值。

Carbonization /炭 化

• 炭化是在缺氧及高溫﹝300 – 600°c﹞的條件下，將原料熱解 ( Pyrolysis ) 形成多裂孔性的碳結構體。在炭化期間，大部份的非碳元素，例如氫和氧，藉由原料之裂解程序而以揮發性氣體產物被去除，如此炭化產物碳原子組合─芳香族環之片狀結構，由於非常不規則，故會形成一些裂隙，這些裂隙將會在活化程序中，形成更發達的微孔結構。

  

一般為求製得高品質活性碳，會要求其炭化料 ( Charcoal ) ，須符合下列規格：

• 含炭量 ( Fixed Carbon ) : 80 % Min.

• 揮發分 ( Volatile Matter ) : 10 - 15 %

• 灰 分 ( Ash Content ) : 5 % Max.

• 水 分 ( Moisture Content ) : 5 % Max.

Activation / 活 化

• 活化的目的是利用蒸汽或化學物質來清除碳化過程中，積蓄在孔隙結構中的焦油物質及裂解產物及與碳原子氧化，擴大炭化料裂孔隙及創造微孔以提高孔洞體積或比表面積，產生高吸附量的活性碳。 活性碳的顯微圖片

• 常見採用的活化方式，為水蒸汽活化法。炭化過程中，經常會有碳氫化合物形成，而附著活性碳邊緣的碳原子上，堵塞了部份孔隙，進而影響其吸附能力。於熱解時藉著活化劑的氧化作用，來增加孔隙生成。此程序是將炭化產物，於高溫(850-950℃)下，通以水蒸氣、二氧化碳或空氣與碳質做選擇性的氧化，以形成微孔發達的反應生成物。

  

• 其主要反應如下：

  H2O + CX → H2 + CO + CX-1 ( 800°~ 900℃)

  CO2 + CX →2CO + CX-1 ( 800°~ 900℃)

  O2 + CX →2CO + CX-2 ( 800°~ 900℃)

  O2 + CX →CO2 + CX-1 ( 600℃以下)

  

Reagglomeration / 重組碳

•