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1. 활성탄의 흡착 특성

(1) 세공구조(Pore Structure)
활성탄의 유기물 흡착량이 다른 흡착제에 비교해서 큰 원인중의 하나는 활성탄의 물리적 성상을 들 수 있다. 흡착물질은 입자외부 표면에 가까운 거대 공극에서 입자내부의 미세공극으로 확산되면서 흡착해간다. Dubinin은 활성탄의 세공분포를 3분산 세공계로서, 세공반경의 크기에 따라서 다음과 같이 분류하고 있다.

세공구조	세공크기	비표면적
Micro pore(미세공)	~ 20Å	700 ~ 1400
Transitional pore(중세공)	20 ~ 1,000Å	1 ~ 200
Macro pore (대세공)	1,000 ~ 100,000Å	0.5 ~ 2

3종류의 세공은 흡착에 대해서 특징이 있는 움직임을 하지만 흡착에 가장 큰 의미를 지닌 것은 Micro pore이다. 기상 흡착제에는 흡착분자의 대부분은 그 크기에 있어서 이 Micro pore가 결정한다.
중세공(Transitional pore)에서는 첫째, 모세관응축에 의하여 증기를 포착한다. 둘째, 세공내 확산속도에 영향을 미쳐 흡착질이 미세공(Micro pore)로 가는 것을 도와준다. 세 번째는 액상흡착에 있어서 분자경이 큰 흡착질에 유용하다.
활성탄에서의 Micro Pore(미세공)와 Transitional pore(중세공)는 주로 피흡착 물질이 흡착부위(Adsorption site)에 도달하는 통로 역할을 하며 흡착속도를 지배하는 입자로서 매우 중요하다. 따라서, 세공구조 및 세공분포는 활성탄 흡착에 큰 영향을 미치는 물리적 요인이다.

(2) 활성탄의 흡착과정
① 1단계 : 흡착질 분자들의 액경막 즉 흡착제 외부 표면으로 이동
② 2단계 : 흡착질이 흡착제의 대세공, 중간세공을 통해 확산
③ 3단계 : 확산된 흡착질이 미세공 내부 표면과의 결합 또는 미세공에 채워짐

1단계와 2단계는 일반적으로 속도가 늦는 반면에 3단계는 매우 빠르다.

(3) 기상흡착과 액상흡착
① 기상흡착의 특성(사용상의 고려점)

◎ 온도가 상승할수록 흡착량은 감소한다.
◎ 흡착질의 농도 및 상대증기압이 높을수록 물질이 흡착되기 쉽다.(흡착량이 증가한다)
◎ 비점 또는 임계온도가 높을수록 물질이 흡착되기 쉽다.
◎ 2성분 혼합가스의 경쟁 흡착에 있어서는 단독 흡착시 강하게 흡착되는 성분쪽이 더욱 강하게 흡착된다.
◎ 저압(1mmhg 이하)에서는 동족열 화합물의 분자 크기에 따라 흡착력이 증가한다.

② 액상흡착의 특성 : 활성탄은 소수성 물질이므로 흡착질이 소수성 일수록 흡착이 용이하다.

◎ 물에 대한 용해도가 작은 물질이 잘 흡착되며, 용해도가 큰 물질은 물과 강하게 수소결합을 하여 물에 대한 친화력이
강하므로그만큼 흡착이 어려워진다.
◎ 약전해질의 유기물은 이온상태 보다도 분자 상태에 있을 때 흡착량은 크다. 폐수의 pH를 2~3까지 내리고 흡착시키면
유기물 제거율이 증가하는 경우가 많은데, 이는 폐수증 유기산이 pH가 낮은 영역에서 이온화하는 비율이 낮기 때문이다.
◎ 방향족은 지방족에 비교하여 잘 흡착되는 성질이 있으며, 액체에 용해할 때 표면장력을 현저히 감소시키는 물질
(Ex. 합성세제)이 Gibbs의 흡착이론에 의하면 잘 흡착된다.
◎ 흡착질(용질)과 용매에 대한 흡착제의 인력
◎ 회합
◎ 각종 흡착질간의 상호 경쟁 흡착 작용
◎ 공흡착 : 물에 불용성인 산성염료를 흡착한 활성탄은 수용액에서 알카리를 잘 흡착하는데 이와 같은 피흡착질의
협동작용
◎ 표면작용기 : 표면 작용기는 원료와 열분해, 활성화 등 제조공정에 따라 크게 달라질 수 있으며, 가장 많이 알려진 작용기
로는 카르복실기, 폐놀성 수산기, 카르본산무수물, 고리모양의 가산화물 등도 관찰된다.

(4) 물리흡착과 화학흡착
흡착형태에 따른 분류

구 분	물 리 흡 착	화 학 흡 착
온 도	저온에서 흡착량이 크다	비교적 고온에서 일어난다
흡 착 질	비 선택성	선택성
흡 착 열	소(1~10 kcal/g mol) 응축열과 같은 정도	대(10~30 kcal/g mol) 반응열과 같은 정도
흡 탈 착	가능	불가능
흡 착 속 도	빠르다	느리다(활성화 에너지가 필요)