Карбонизацией называется термическая обработка (обжиг) сырья при высокой температуре в инертной атмосфере без доступа воздуха. В результате получается уголь – карбонизат. Карбонизат обладает недостаточными адсорбционными свойствами, поскольку размеры его пор невелики и внутренняя площадь поверхности мала. Поэтому его подвергают предварительному дроблению и активации для получения специфической структуры пор и улучшения адсорбционных свойств.

Карбонизат имеет размер фракции 30-150 мм. Качественная активация таких больших кусков затруднена, поэтому карбонизат подвергают предварительному дроблению. Для эффективной активации размер фракции должен быть 4 - 10 мм.

Процесс активации проводят двумя основными методами:

• Химическая активация - обработка специальными химическими компонентами
• Паро-газовая активация обработка перегретым водяным паром или окисление газом

Процесс химической активации заключается в обработке угля солями, которые при высокой температуре выделяют газ-активатор ( например СО2 или О2):

• карбонатами
• сульфатами
• нитратами
• кислотами-окислителями (азотной, серной, фосфорной и др.)

Угли, полученные химическим активированием, называются в соответствии с применяемым реагентом, например "уголь хлорцинковой активации". Химическую активацию проводят при температуре 200 - 650 oС.

Недостатки метода:

• нетехнологичность процесса
• большие количества экологически опасных стоков
• коррозия аппаратуры
• высокая стоимость получаемого сорбента

Парогазовая активация производиться при температуре 800-1000oС в строго контролируемых условиях. При парогазовой активации в качестве окислительных агентов используют диоксид углерода и водяной пар.

Процесс в присутствии диоксида углерода ведут при высоких температурах, при этом часть углерода выгорает по реакции:
С + СО2 -> 2CO
В качестве окислителя чаще всего применяют водяной пар, при этом активация протекает по реакции:
С + Н2О -> СО + Н2 - 130 кДж
Параллельно протекает побочная экзотермическая реакция:
СО + Н2О -> СО2 + Н2 + 42 кДж

Реакция углерода с паром катализируется оксидами и карбонатами щелочных металлов. Поэтому их в небольших количествах иногда добавляют к исходному сырью при производстве активных углей. Катализаторами процесса являются также и соединения меди.

Активация водяным паром позволяет получать угли с внутренней площадью поверхности до 1500 м2 на грамм угля. Именно благодаря этой огромной площади внутренней поверхности активированные угли являются прекрасными адсорбентами. Тем не менее, не вся эта площадь может быть доступна для адсорбции, поскольку крупные молекулы адсорбируемых веществ не могут проникать в поры малого размера.

Активные угли выпускаются в виде цилиндрических и сферических гранул, зерен неправильной формы (дробленый) или мелкодисперсного порошка. Размеры фракций определены ГОСТом для различных марок активированных углей.

Структура пор активированных углей, размеры и площадь внутренней поверхности