Than hoạt tính là một chất hấp phụ rắn, xốp, không phân cực và có bề mặt riêng rất lớn. Về bản chất nguyên tố, nó thuộc nhóm graphit - một dạng thù hình của cacbon- gồm các tinh thể nhỏ có cấu trúc bất trật tự; nhưng khác vôi graphit là trong tinh thể
của than hoạt tính các vòng sáu nguyên tử cacbon sắp xếp kém trật tự hơn. Vì vậy than hoạt tính có cấu tạo xốp hơn và tạo nên nhiều lỗ hổng nhỏ không đồng đều và rất phức tạp.
Cấu trúc lỗ xốp phức tạp và bề mặt riêng khác nhau làm cho các loại than hoạt tính này trở nên có khả năng hấp phụ khác nhau. Việc tạo ra các loại than khác nhau phụ thuộc chủ yếu vào cách chế tạo.
Nhìn chung, các lỗ xốp trong than hoạt tính có bán kính hiệu dụng từ vài chục
đến hàng chục nghìn anstron. Về mặt cấu tạo, nó có cấu tạo kiểu tổ ong gồm một hệ lỗ
xốp mao quản thông nhau và thông với môi trường bên ngoài với cấu trúc không gian ba chiều. Có thể chia kích thước lỗ xốp thành ba loại sau:
* Dạng vi mao quản, bán kính hiệu dụng cỡ 10 Ao, có bề mặt riêng lớn nhất (350 1000 m2/gam và chiếm phần chủ yếu trong than hoạt tính.
*Dạng mao quản trung gian có bán kính hiệu dụng trong khoảng 100 đến 250 Ao, bề mặt riêng không lớn lắm, khoảng 100 m2/gam.
*Dạng mao quản lớn có bán kính hiệu dụng khoảng 1.000 đến 10.000 Ao; dạng này có bề mặt riêng rất nhỏ, không quá 2 m2/gam.
Than hoạt tính có tác dụng hấp phụ tốt đối với các chất không phân cực ở dạng khí và dạng lỏng. Từ lâu than hoạt tính đã được sử dụng để làm mặt nạ phòng độc, làm sạch mùi và khử màu các sản phẩm dầu mỡ. Ngày nay trên thế giới than hoạt tính
được coi như là một chất hấp phụ chủ yếu trong công nghệ xử lý làm sạch môi trường bao gồm các lĩnh vực:
- Làm sạch nước để uống, xử lý nước sinh hoạt hoặc xử lý nước thải của các công trình có độ nhiễm bẩn thấp. Trong những trường hợp này, than hoạt tính sẽ giữ
lại các hợp chất hữu cơ hoà tan, nhất là các chất gây mùi, gây màu và cả vết những kim loại nặng. Than hoạt tính đặc biệt có hiệu quả xử lý cao đối với nước bị nhiễm nhẹ
các chất diệt trừ dịch hại.
- Xử lý nước thải công nghiệp. Người ta sử dụng than hoạt tính trong những trường hợp hấp phụ các chất kém hoặc không bị vi sinh vật phân hủy, các chất gây độc hại đối với các vi sinh vật. Trong trường hợp này xử lý chọn lọc bảng than hoạt tính
đóng vai trò như là quá trình tiền xử lý cho các bước xử lý sinh học tiếp theo. - Xử lý "cấp ba" nước thải công nghiệp và đô thị.
Khi than đã hấp phụ "no" (bão hòa), nó không còn khả năng hấp phụ tiếp tục nữa.
Đối với than hoạt tính, trong trường hợp này không phải bỏ đi mà có thể tái sinh và sử
nhiệt. Khi ở trong môi trường có nhiệt độ cao, các chất hữu cơ cũng như các phân tử
axit dễ bay hơi đã tách khỏi bề mặt của than. Đối với mỗi một chất sẽ có một nhiệt độ
xử lý phù hợp. Với các hợp chất của kim loại thì thông thường phải giải hấp bằng axit sau đó rửa bằng nước và sấy để tái sinh.