Aktif karbon, gelişmiş gözenekli yapısı ve büyük iç yüzey alanı sayesinde gaz ve sıvı fazdan birçok maddeyi adsorbe etme yeteneğine sahip işlenmiş bir karbon maddesidir. Aktif karbon, karbon içeren tüm malzemelerden kimyasal veya fiziksel aktivasyon ile üretilir. Yüksek karbon içeriği, yüksek yüzey alanı ve gözenek yapısına sahip olduklarından, adsorpsiyon verimlilikleri oldukça yüksektir. Bu nedenle, aktif karbon uzun süredir arıtma için adsorban olarak kullanılmaktadır. Aktif karbonların özellikleri şu şekilde sıralanabilir:
Çevre dostu bir adsorban maddedir.
Nem alma ve arıtma çalışmalarında kullanılabilen tek ticari adsorban maddedir.
Yüksek gözenek ve iç yüzey alanına sahip olması nedeniyle oldukça kullanışlıdır.
Benzer amaçlar için kullanılan diğer malzemelerden daha fazla organik madde emer.
Aktif karbonun ilk kullanımı Hipokrat tarafından kömür formda hoş olmayan kokuları gidermek için kullanılmıştır. Aynı zamanda epilepsi ve antraks gibi hastalıkların tedavisinde de kullanıldığı bilinmektedir. İlk endüstriyel kullanımı, İsveçli kimyager Carl Wilhelm Scheele tarafından 18. yüzyılda kömür kullanarak gaz adsorpsiyonu yapmak suretiyle gerçekleştirildi. Aynı zamanda renk giderici olarak sıkça kullanılmıştır. Örneğin, Rus akademisyen Lovits, kömür kullanarak organik madde içeren tartarik asit homojen karışımını beyazlatmıştır. İlk toz aktif karbon Avrupa'da 1909'da kullanılmışken; Amerika Birleşik Devletleri'nde ilk aktif karbon 1913'te kullanılmıştır.
I. Dünya Savaşı'nın bir sonucu olarak, aktif karbon gaz maskelerinde hayati bir amaç için kullanılmıştır. Bu aktif karbonlar hindistancevizi ham maddesinden üretilmiştir. Savaştan sonra, içme suyu arıtma ve şeker pancarı endüstrisi gibi alanlarda kullanımına devam edilmiştir. Son yıllarda, bazı metallerin (altın, gümüş, molibden, vb.) geri kazanımında kullanılmıştır, bu işlem hidrometalürji olarak adlandırılmaktadır.
Aktif karbonların özellikleri, karbon içeren tüm materyallerden üretilebilmelerine bağlı olarak, kullanılan ham madde türüne ve yapısına bağlı olarak değişir. Aktif karbon üretiminde kullanılacak malzemenin seçimi ile ilgili olarak, malzemenin doğada bulunma durumu veya endüstriyel atık olarak varlığı ve düşük maliyeti gibi kriterler dikkate alınır. Günümüzde bu amaçla birçok malzeme, aktif karbon üretimi için kullanılmıştır.
Bunlar arasında şunlar sıralanabilir:
• Polimerler
• Badem kabukları
• Elma posası
• Şeker kamışı posası
• Mangal kömürü
• Şeftali çekirdekleri
• Fıstık kabuğu
• Zeytin çekirdeği
• Hindistancevizi kabuğu
• Pirinç kabuğu
• Polimer atıkları
• Tarımsal faaliyetler sonucu oluşan atıklar
• Hurma çekirdekleri
• Atık otomobil lastikleri
• Pamuk sapı
• Palmiye kabuğu
Aktif karbon üretimi, kullanılmış organik veya inorganik materyallerin karbonizasyon ve aktivasyon süreçlerine tabi tutulmasıyla gerçekleşir. Karbonizasyon süreci, kimyasal kullanmadan oksijensiz bir ortamda maddenin oksijensiz yanma sürecidir. Bu sürecin amacı, başlangıçta gözenekli yapıyı şekillendirmektir. Bu süreç sonucunda elde edilen aktif karbonlar genellikle düşük bir yüzey alanına sahiptir ve bu, adsorpsiyon süreci için yeterli değildir. Yüzey alanını artırmak için aktivasyon süreci gereklidir. İki ana aktivasyon süreci bulunmaktadır: fiziksel ve kimyasal aktivasyon süreçleri. Fiziksel aktivasyon sürecinde CO, CO2 gazları ve su buharı kullanılır. Gazların kullanıldığı aktivasyon sürecinde, sıcaklık 800-1000°C olduğunda reaksiyon hızı artar. Kimyasal aktivasyon, çinko klorür (ZnCl2), potasyum sülfür (K2S), potasyum tiosiyanat (KSCN), sülfürik asit (H2SO4) ve fosforik asit (H3PO4) gibi kimyasal maddelerin karbonize edilmemiş malzeme üzerinde kullanılmasıyla gerçekleştirilir. Bir impregnasyon adı verilen kimyasal madde ile aktivasyon sürecinden sonra, malzeme bir tüp fırında azot gazı akışı altında 500-800°C'de karbonize edilir. Bu sürecin ardından aktivasyon maddesi çevreden yıkama ile uzaklaştırılır. Aktif karbon, yapısında karbon dışında diğer elementleri içerebilir. Kullanılan ham maddeye bağlı olarak içerdiği bileşenler değişir, ancak genellikle oksijen, hidrojen ve yanma sırasında oluşan kükürt ve azotun iz düzeylerini içerir. Ayrıca, yanma sırasında oluşan 20% kül veya kalıntı mineralleri içerir. Aktif karbonlardaki element oranları aşağıda gösterilmektedir.
| İçerik | Yüzde (%) |
| Karbon | 80-95 |
| Hidrojen | 0.6–3 |
| Oksijen | 1-8 |
| Azot | 0–0.6 |
| Kükürt | 0–0.3 |
Yüksek yüzey alanı ve gözenekli yapısı nedeniyle aktif karbon, birçok alanda önemli bir bileşen olarak kullanılmaktadır. Aktif karbonun kullanım alanlarından bazıları şunlardır:
• Geri kazanım işlemleri,
• Evsel ve endüstriyel atık suların arıtılması,
• Gazların ayrılması ve arıtılması,
• Gaz maskeleri,
• Klima sistemleri,
• Endüstriyel atık sularından boya çıkarılması,
• Sulu ve organik çözeltilerden istenmeyen maddelerin ayrılması,
• Adsorpsiyon.
Atomların, iyonların veya moleküllerin bir katı yüzeye bağlanması, adsorpsiyon olarak adlandırılır. Adsorpsiyon sürecinde kullanılan katı malzeme adsorbent olarak adlandırılır ve katı yüzeye bağlanan madde adsorbe edilmiş olarak adlandırılır. Adsorpsiyon, sabit sıcaklık ve sabit basınçta spontane olarak gerçekleşir. Bu süreç, sıvı fazda çözülmüş maddelerin bir katı adsorbent yüzeyine yapışması şeklinde olur. Adsorpsiyon, düşük maliyetle büyük hacimli çözeltilerden iz elementlerin ayrılmasını sağladığı için son yıllarda sıkça tercih edilen bir yöntemdir.
