3. 흡착현상

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3-1. 개념

일반적으로 흡착(Adsorption)은 고-액, 기-액, 액-액 계면에서 기체 혹은 액체중의 특정 성분이 농축(Concentration)되는 현상을 말한다. 또한 어떤 기체 또는 액체물질이 다른 액체 또는 고체물질과 접하고 있을 때 전자의 농도가 상계면과 상내부가 다른 경우에 전자 의 흡착이 일어났다고 하며 전자가 계면에 존재하지 않고 후자의 내부에 들어간 경우를 흡수라고 한다. 그리고 흡착과 흡수가 동시에 일어난 경우를 수착(Sorption, Uptake)이라고 한다. 상내부 보다는 계면근방의 농도가 작은 경우를 - 흡착, 큰 경우는 + 흡착이라고 하며 일반적으로 흡착에 있어서는 + 흡착을 나타낸다.

활성탄이 어떤 성분을 흡착하고 있을때 흡착된 성분을 흡착질(Adsorbate) 또는 흡착종(Adsorbed species), 활성탄을 흡착제 또는 흡착매(Adsorbent)라고 한다. 흡착량은 활성탄의 단위면적 또는 단위 질량에 대한 흡착질의 질량, 중량으로 표시하거나 혹은 흡착분자수로 나타낸다. 또한 전 면적을 점유한 양을 포화흡착량이라 하며 실제에 흡착질이 점유한 비율을 흡착율 또는 피복율(Coverage)이라고 한다.

3-2. 흡착제의 선택

대표적인 흡착제에 대한 흡착 선택성을 비교하면 표2와 같으며 활성탄은 분자량이 커다란 포화 화합물을 흡착하는 경향이 큰 반면에 Silicagel은 수분 같은 극성물질을 선택적으로 흡착한다.

	비극성, 포화결합 ↔ 극성, 불포화결합
대 ↑ 분자의 크기 ↓ 소	활성탄	실리카, 알루미나계 흡착제
	분자체 탄소	합성 제오라이트

[표 2] 흡착제의 선택

3-3. 물리흡착과 화학흡착

흡착제의 흡착은 형태에 따라 물리흡착(Physical Adsorption)과 화학흡착(Chemical Adsorption)으로 분류한다. 물리흡착을 지배하는 힘은 Van der waals 힘이고 화학흡착을 지배하는 것은 이온결합 또는 공유결합 등의 화학결합력 이다.

활성탄을 실제로 응용하면, 대개의 경우 물리흡착과 화학흡착이 혼합하여 일어나는 것을 알 수 있다. 기상흡착에는 가역적인 물리흡착이 대부분이나, 액상흡착에는 비가역적인 화학흡착이 많은 것이 일반적이다.

[표 3] 물리흡착과 화학흡착

구분	물리흡착	화학흡착
온도	저온에서 흡착량이 크다	비교적 고온에서 일어난다
피흡착질	비선택성	선택성
흡착열	적다(10Kcal/mol 이하), 응축열과 같은 정도	비교적 크다(10Kcal/mol 이하), 반응열과 같은 정도
흡.탈착	가능(가역성)	불가능(비가역)
흡착속도	빠르다	느리다(활성화 에너지 필요)

3-4. 흡착과정

1단계 피흡착질 분자들이 흡착제(활성탄) 외부 표면으로 이동

2단계 피흡착질이 활성탄의 대세공, 중간세공을 통해 확산

3단계 확산된 피흡착질이 미세세공 내부표면과의 결합 또는 미세 세공에 채워짐

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3-5. 평형흡착

활성탄에서 일정한 기간동안 용질의 거동이 일어난 후 흡착공정은 액상에서 용질농도와 고체 흡착제에서 용질농도간 평형상태에 이르게 된다. 활성탄의 최대흡착은 활성탄의 내부표면적, 세공구조, 표면화학 등의 흡착제 특성과 분자의 화학적 성질, 분자크기,  친수성,  극성 등의 피흡착질의 특성에 의해서 결정된다. 뿐만 아니라 액상에서의 용질농도, 온도,  pH, 용액의 조성과 같은 물리화학적 조건에 의해서도 결정된다.