碳化的實質(zhì)是生物質(zhì)原材料中的有機物在惰性氣體中進(jìn)行熱解的過程，在炭化過程中會發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、小分子的聚合和異構(gòu)化等反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)炭化溫度在 600℃以下時，隨著溫度的升高，生物質(zhì)活性炭的比表面積和微孔數(shù)量會增加。炭化溫度高于 600℃時，生物炭裂解程度升高，部分孔隙遭到破壞，導(dǎo)致比表面積和微孔數(shù)量減少。綜上所述：炭化溫度能調(diào)節(jié)產(chǎn)物的比表面積、孔結(jié)構(gòu)、含氧官能團等，對產(chǎn)物的 pH、灰分含量即吸附性能產(chǎn)生顯著影響。

活化是高溫條件下通過活化劑改變生物質(zhì)炭基的表面形態(tài)和孔隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)而得到孔徑分布更加均勻和比表面積更大的活性炭，即增加活性炭吸附性能的過程。常用的活化方法有化學(xué)活化法、氣體活化法和微波活化法。

常用的活化試劑有堿類試劑、鹽類試劑、酸類試劑 3 大類。

其中用堿類試劑活化法制備的活性炭，反應(yīng)比較劇烈，活化時間短，制得的活性炭的孔隙度和比表面積大。

以KOH為例，在活化開始時KOH會與碳發(fā)生如下反應(yīng)：

反應(yīng)產(chǎn)生的堿金屬和碳酸鹽金屬進(jìn)入到碳基質(zhì)中，引起微孔向中孔轉(zhuǎn)變，能有效增加孔容積和比表面積，從而增加生物炭的吸附性能。

鹽類試劑作為活化劑制造甘蔗渣活性炭雖然存在環(huán)境污染、成本高昂、試劑回收困難等缺點，但工藝成熟簡單，原料利用率高。鹽類試劑的活化原理與堿類相類似，且增加了-OH、O-N、C-H 等官能團，能有效提高金屬離子的吸附性能。

其中K₂CO₃ 因毒性小、對設(shè)備的腐蝕性和對環(huán)境的危害性較小被廣泛應(yīng)用于活性炭的制備，可制備中孔和微孔數(shù)量較多的活性炭。活化機理為在活化過程中 K₂CO₃  受熱分解成 K₂O  和 CO₂，K₂CO₃、C 和 K₂O繼續(xù)反應(yīng)生成鉀單質(zhì)和 CO，其中鉀單質(zhì)會進(jìn)入碳結(jié)構(gòu)中，對材料產(chǎn)生刻蝕，從而產(chǎn)生孔隙結(jié)構(gòu)。

反應(yīng)方程式：

由反應(yīng)機理可知：活化劑濃度比浸漬時間的長短和浸漬比的大小更加重要。

在以磷酸為活化劑制備甘蔗渣活性炭的過程中，活化溫度是影響生物質(zhì)活性炭孔結(jié)構(gòu)最為重要的因素，活化時間、活化劑濃度和浸漬比次之。以磷酸為活化劑制備甘蔗渣活性炭進(jìn)行實驗，探究活化溫度對生物炭的影響。

實驗結(jié)果表明，活化溫度在 300 ～ 500℃ 時，活性炭孔隙結(jié)構(gòu)以微孔為主，隨著溫度的增加，中孔和比表面積逐漸增加，在500℃微孔和中孔的容積相近，比表面積達(dá)到最大。當(dāng)活化溫度繼續(xù)升高時，中孔結(jié)構(gòu)比例增加，比表面積下降，這是由于碳結(jié)構(gòu)收縮的原因，在 200 ～450℃時，生物聚合物碎片與酸形成了磷酸酯鍵，產(chǎn)生了剛的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度在 450 ～ 500℃ 時達(dá)到熱穩(wěn)定極限，這些交聯(lián)結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂而引起孔結(jié)構(gòu)的收縮從而降低了孔隙率和比表面積。