活性炭の吸着の原理と特長

原理と特長

活性炭には、賦活によって非常に微細な穴:細孔(直径10~200Å)(注:10Å=1nm)が大量に形成される。
活性炭の細孔は様々な大きさのものが分布しているが、孔の大きい順にマクロ孔、メソ孔、マイクロ孔と呼ばれ、活性炭は他の多孔質物質と比較するとこの中でも特にミクロ孔の発達を特長とする。

ミクロ孔 直径20Å以下の細孔
メソ孔  直径20~500Å以下の細孔
マクロ孔 直径500Å以上の細孔

物質の表面から生まれる引力によって物質の分子が引き寄せられることを界面現象と呼ぶが、活性炭においてこの界面現象をより強力にしているのが、この微細孔による「毛管現象」である。毛管現象は孔の大きさが小さければ小さいほど、吸着力を発揮するため、ミクロ孔の発達した活性炭は、炭より圧倒的な吸着性能を誇る。

この微細孔が炭素内部に網目状に構成されるため、活性炭は非常に大きな内部表面積を持つ。製法、原料により差異はあるが、通常の炭1g当たりの表面積300~500m2に対して、活性炭は1g当たりの表面積が800~2,000m2に達する。 例えばサッカーグラウンドは国内標準で7,200m2ほどであるが、活性炭10gあたりの表面積はそれよりも広いおよそ1万m2と、膨大な空間を持つ。

また、活性炭の表面は非極性(※)の性質を持つため、「水」のような「極性をもつ分子」は吸着しにくく、逆に「粒状の有機物(非極性分子)」のように取り除きたい物質を選択的に吸着する特性を持つ。
(※極性とは分子内に存在する電気的な偏りのこと。「極性を持つ物質」は「非極性溶媒」には溶解しにくいが、「極性を持つ溶媒」には溶解しやすいという性質がある。)
また、気体の処理においては、分子量の小さい気体は吸着しない。
以上の性質を利用して、活性炭は幅広く物質の精製・浄化に使用される。脱臭、水質浄化、毒物中毒における毒の吸着等をはじめ、食品処理、鉱業、自動車、化学薬品、医薬品、環境保全事業等にも使用されている。

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