活性炭所含的主要元素是碳，其含量为90%~95%;其次是有机组成部分，其中氧含量为4%~5%，氢含量为1%~2%，氯化锌法生产的活性炭还含有少量的氯;活性炭的无机组成部分是灰分，其含量和组成受原料、活化方法和后处理条件的影响很大。
不同活性炭的制作(制备方法)生产的活性炭灰分差异很大。如木质氯化锌法活性炭的灰分含量在4%以下，木质炯烧法活性炭的灰分含量在8%以下，煤质活性炭(定型颗粒炭)的灰分含量通常高达20%以上，用酚醛树脂和聚偏二氯乙烯制得的活性炭灰分含量可达0.1%以下。灰分的组成比较复杂，主要是硅、铁、钙、镁、铝、钠、钾的氧化物和盐类。
活性炭中的氧和氢大部分是以化学键与碳原子相结合面形成有机官能团。活性炭中最常见的有机官能团有胶基、酚经基、醌型羧基，还发现有醚、过氧化物、二梭酸，荧光素式内醋等。
炭在活化时所含氢、氧在不断减少，但同时也会吸附一些外来的氧，其中一部分是化学吸附，形成表面氧化物，当脱附时是以二氧化碳或一氧化碳的形式释放出来，表面氧化物对活性炭吸附酸或碱的影响很大。
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