עקרון ספיחה של סינון פחם פעיל

על פי הכוחות השונים בין מולקולות פחמן פעיל למולקולות מזהמים במהלך תהליך הספיחה, ניתן לחלק את הספיחה לשתי קטגוריות: ספיחה פיזיקלית וספיחה כימית (הידועה גם בשם ספיחה פעילה). בתהליך הספיחה, כאשר הכוח בין מולקולות פחמן פעיל למולקולות מזהמים הוא כוח ואן דר ואלס (או משיכה אלקטרוסטטית), זה נקרא ספיחה פיזית; כאשר הכוח בין מולקולות פחמן פעיל למולקולות מזהמות הוא קשר כימי, זה נקרא ספיחה כימית. חוזק הספיחה של ספיחה פיזיקלית קשור בעיקר לתכונות הפיזיקליות של פחם פעיל ואין לו קשר מועט לתכונות הכימיות של פחם פעיל. מכיוון שכוח ואן דר ואלס חלש ויש לו השפעה מועטה על המבנה של מולקולות מזהמות, כוח זה זהה לכוח הלכידות הבין מולקולרי, כך שניתן להשוות ספיחה פיזיקלית לעיבוי. התכונות הכימיות של מזהמים נשארות ללא שינוי במהלך ספיחה פיזיקלית.
מכיוון שהקשר הכימי חזק ויש לו השפעה גדולה יותר על מבנה מולקולות מזהמים, ניתן להתייחס לספיחה כימית כתגובה כימית, שהיא תוצאה של פעולה כימית בין מזהמים לפחם פעיל. ספיחה כימית כוללת בדרך כלל שיתוף זוג אלקטרונים או העברת אלקטרונים, במקום הפרעה פשוטה או קיטוב חלש, והיא תהליך תגובה כימי בלתי הפיך. ההבדל המהותי בין ספיחה פיזיקלית לספיחה כימית טמון בכוח המייצר את קשר הספיחה.
תהליך הספיחה הוא התהליך שבו מולקולות מזהמות נספגות על פני השטח המוצקים. האנרגיה החופשית של המולקולות תפחת. לכן, תהליך הספיחה הוא תהליך אקסותרמי, והחום המשתחרר נקרא חום הספיחה של המזהם על משטח מוצק זה. בשל הכוחות השונים של ספיחה פיזיקלית וספיחה כימית, הם מראים הבדלים מסוימים בחום ספיחה, קצב ספיחה, אנרגיית הפעלת ספיחה, טמפרטורת ספיחה, סלקטיביות, מספר שכבות ספיחה וספקטרום ספיחה. פחם פעיל הוא סופח תעשייתי עם מגוון רחב של שימושים. הוא משתמש בפחם, קליפות פירות שונות ופחם איכותי כחומרי גלם, והוא מעובד ומיוצר בשורה של תהליכים כמו ריסוק, סינון, הפעלת זרז, שטיפה, ייבוש והקרנה של חומרי הגלם בשיטות פיזיקליות וכימיות. מאז הופעת הפחמן הפעיל בשנת 1900, היסטוריית היישום שלו חוותה שני אירועים מרכזיים. האחת היא שהיא שימשה לייצור מסכות גז במלחמת העולם הראשונה בשנות ה-20; השני הוא שמאות מפעלי מים השתמשו בפחם פעיל להפחתת ריח בשנות הארבעים. הספיגה של פחם פעיל מגיעה מהמבנה המולקולרי הייחודי שלו. ישנן נקבוביות רבות בתוך הפחמן הפעיל. אם הנקבוביות הפנימיות של כל גרם של פחם פעיל פרושות, הן יכולות להגיע ל-500 עד 1700 מטרים רבועים. המבנה הפנימי הייחודי הזה הוא שגורם לפחם הפעיל להיות בעל יכולת ספיחה מעולה. היישום של פחם פעיל הוא רחב מאוד.
פחם פעיל מטופל בהפעלה בטמפרטורה גבוהה ובטכנולוגיית התאמת גודל נקבוביות מיוחדת, כך שיש לו שטח פנים ספציפי גדול ומבנה נקבוביות עשיר התואם לגודל המולקולרי של גזים מזיקים בתוך הבית. הוא משמש במיוחד לספיחת פורמלדהיד, בנזן, אמוניה, ראדון, TVOC ועוד עשרות חומרים מזיקים אחרים, כולם גזים מזיקים לגוף האדם וחיידקים צפים באוויר. יש לו פונקציות מקיפות כגון ספיגת ריחות, ניקוי רעלים, ניקוי ריח, הסרת לחות, מניעת טחב, עיקור וטיהור. תוך כדי ספיחת גזים מזיקים, הוא הורג פתוגנים כמו עובש, Escherichia coli, Staphylococcus aureus וחיידקי מוגלה, מעכב את התפשטות פתוגנים מגיפה ומסיר לחלוטין את זיהום הסביבה הפנימית.