Сорбция – способность пористых тел поглощать в значительных количествах и удерживать на своей поверхности (или в объеме) в течение продолжительного времени молекулы газообразных, парообразных или растворенных веществ.

Различают несколько видов сорбции:
1.Физическую адсорбцию (см. ниже)
2.Химическую адсорбцию (адсорбированное вещество вступает в химическую реакцию с поверхностью адсорбента)
3.Абсорбцию (поглощение газов или паров жидкостью)
4.Хемосорбцию (химическое соединение образуется в объеме сорбента) 

В качестве адсорбента применяют активированный уголь. В бытовых фильтрах используют дробленые или гранулированные активированные угли. 

Адсорбционные бытовые фильтры с активированным углем позволяют:
- устранить остаточный хлор;
- улучшить органолептические свойства воды;
- устранить органические примеси в воде;

Интересующие нас процессы, протекающие в активированных углях, относятся к физической адсорбции. Существует несколько теорий физической адсорбции, но все они исходят из представлений о поверхности раздела фаз, на которой происходит адсорбция с образованием одного или нескольких адсорбционных слоев. Влияние поверхности адсорбента на адсорбционный процесс объясняется тем, что поверхностные атомы находятся в ином, чем в объеме, энергетическом состоянии. Внутри твердого тела атомы или ионы правильно чередуются в соответствии с его кристаллической структурой и их взаимодействия уравновешены. Состояние частиц, находящихся на поверхности – иное, их взаимодействия не уравновешены. И поэтому поверхность твердого тела притягивает молекулы вещества из соседней газовой или жидкой фазы. Силы межмолекулярного взаимодействия между адсорбентом и адсорбируемым веществом, т.н. силы Ван-дер-Ваальса, имеют электростатическую природу. Сила Ван-дер-Ваальса зависит от расстояния между частицами (зависимость от расстояния имеет характер 1/r6 , где r - расстояние) и имеет три составляющие: 

1.ориентационную (взаимодействие между полярными молекулами) 

2.индукционную (взаимодействие между полярной и неполярной молекулой) 

3.дисперсионную (взаимодействие между неполярными молекулами) 

Таким образом, хороший сорбент – это сорбент с развитой поверхностью. Развитая поверхность достигается за счет пористой структуры. Пористая структура активированных углей формируется в процессе их производства и состоит из микро-, супермикро-, мезо- и макропор. 

Макропоры (> 100-200 нм) 

Мезопоры (от 1,5-1,6 нм до 100-200 нм) 

Супермикропоры (от 0,6-0,7 нм до 1,5-1,6 нм) 

Микропоры (< 6-7 нм) 

Производство активированных углей включает следующие основные стадии: 

Карбонизация – это высокотемпературное разложение сырья в отсутствии кислорода. Такое нагревание без горения приводит к получению остатка, состоящего преимущественно из углерода. После этого материал подвергают активации – обработке водяным паром или углекислым газом при температуре более 800 °С. При этом частицы материала становятся похожими на хороший сыр – по всему объему их пронизывает разветвленная система пор, имеющих самый различный размер: от нескольких ангстрем до нескольких микрон. Таким образом, активированные углеродные материалы – это пористые углеродные материалы. 

Активация позволяет получить сорбент с площадью поверхности пор около 1000-1500 квадратных метров на 1 грамм угля. Эти чрезвычайно высокие величины и объясняют необычайно высокую эффективность активированных углей. 

Микропоры соизмеримы по размерам с адсорбируемыми молекулами. Особенностью микропор является то, сила адсорбционного взаимодействия в них значительно повышена по сравнению с порами других размеров (из-за их малого размера адсорбционные поля, создаваемые их противоположными стенками, как бы налагаются друг на друга). Поэтому адсорбирующиеся в микропорах молекулы не образуют адсорбционных слоев. Происходит объемное заполнение адсорбционного пространства (т.н. теория объемного заполнения микропор). Основной параметр, характеризующий микропоры – их объем, а не поверхность. Т.к. микропоры наиболее адсорбционно активны, их наличие влияет на качество активированного угля и объем микропор является одной из важнейших характеристик активированных углей. 

Адсорбция в супермикро- и мезопорах сводится к последовательному образованию адсорбционных слоев на стенках этих пор.Поверхность макропор равноценна поверхности непористых сорбентов, адсорбция в них практически отсутствует.Другие характеристики активированных углей – суммарный объем пор, удельная поверхность, насыпная плотность (для гранулированных углей), механическая прочность.Особенностью адсорбции из растворов является то, что в растворе присутствует как минимум два компонента – растворенное вещество и растворитель и оба они взаимодействуют с поверхностью адсорбента. Для того, чтобы преимущественно адсорбировались растворенные вещества, взаимодействие между растворителем и адсорбентом должно быть незначительным. Это возможно в том случае, если поверхность адсорбента и растворитель сильно различаются по своей полярности. Процесс адсорбции пойдет в сторону выравнивания полярностей за счет адсорбции растворенного вещества, обладающего, обычно, промежуточной полярностью. Так, адсорбция органических веществ из водных растворов (полярный растворитель) эффективно протекает на неполярном активированном угле. 

Довольно часто можно слышать от производителей и поставщиков систем очистки воды, что активный уголь, когда насыщается примесями, в один прекрасный момент может выбросить поглощенные примеси в воду. На самом деле может произойти выброс накопленных механических примесей (если дать большое давление на вход) или если злоупотреблять ресурсом картриджа или в случае очень грязной воды, после фильтра вода в микробиологическом отношении может быть хуже, чем на входе (отфильтрованные микроорганизмы размножаются и выделяют в воду токсины). Что касается адсорбированных молекул, удерживаемых поверхностью угля, то для того, чтобы их извлечь, уголь нужно как минимум нагреть. Процесс десорбции самопроизвольно не пойдет. Приведем такой пример. В промышленном производстве органических растворителей на определенной стадии требуется улавливать пары этих растворителей, конденсировать их и возвращать в производство. Для этой цели используются специальные рекуперационные угли со слабой удерживающей способностью должны легко отдавать поглощенные примеси). Так вот эти “слабоудерживающие” угли отдают поглощенные примеси в специальных печах при регенерации их инертным газом или водяным паром при температуре 800-1000 оС.