สูตรทางคณิตศาสตร์แรกที่ปรับให้เข้ากับไอโซเทอร์มได้รับการตีพิมพ์โดย Freundlich และ Kuster (1906) และเป็นสูตรเชิงประจักษ์ล้วนๆ สำหรับสารดูดซับที่เป็นก๊าซ:

${\displaystyle {\frac {x}{m}}=kP^{1/n},}$

ที่ไหน${\displaystyle x}$คือมวลของสารดูดซับที่ถูกดูดซับ${\displaystyle m}$คือมวลของสารดูดซับ${\displaystyle P}$คือความดันของสารดูดซับ (ซึ่งสามารถเปลี่ยนเป็นความเข้มข้นได้หากศึกษาในสารละลายแทนที่จะเป็นก๊าซ) และ${\displaystyle k}$และ${\displaystyle n}$เป็นค่าคงที่เชิงประจักษ์สำหรับแต่ละคู่ของสารดูดซับและสารที่ถูกดูดซับที่อุณหภูมิที่กำหนด ฟังก์ชันนี้ไม่เหมาะสมที่ความดันสูงมาก เนื่องจากในความเป็นจริง${\displaystyle x/m}$มีค่าสูงสุดเชิงอะซิมโทติกเมื่อความดันเพิ่มขึ้นอย่างไม่มีขีดจำกัด เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ค่าคงที่ต่างๆ${\displaystyle k}$และ${\displaystyle n}$ปรับเปลี่ยนเพื่อให้สอดคล้องกับการสังเกตเชิงประจักษ์ที่ว่าปริมาณที่ถูกดูดซับจะเพิ่มขึ้นช้าลง และต้องใช้แรงดันสูงขึ้นเพื่อให้พื้นผิวอิ่มตัว

เออร์วิง แลงมัวร์เป็นคนแรกที่คิดค้นสมการไอโซเทอร์มการดูดซับตามหลักวิทยาศาสตร์ในปี พ.ศ. 2461 ^{[ 14 ]}แบบจำลองนี้ใช้กับก๊าซที่ดูดซับบนพื้นผิวของแข็ง เป็นสมการไอโซเทอร์มแบบกึ่งเชิงประจักษ์ที่มีพื้นฐานทางจลนศาสตร์และได้มาจากเทอร์โมไดนามิกส์เชิงสถิติ เป็นสมการไอโซเทอร์มที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดเนื่องจากความเรียบง่ายและความสามารถในการปรับให้เข้ากับข้อมูลการดูดซับที่หลากหลาย โดยมีพื้นฐานมาจากสมมติฐานสี่ประการ:

1. ตำแหน่งการดูดซับทั้งหมดมีความเท่าเทียมกัน และแต่ละตำแหน่งสามารถรองรับโมเลกุลได้เพียงหนึ่งโมเลกุลเท่านั้น
2. พื้นผิวมีพลังงานสม่ำเสมอ และโมเลกุลที่ถูกดูดซับจะไม่เกิดปฏิกิริยาต่อกัน
3. ไม่มีการเปลี่ยนสถานะใดๆเกิดขึ้น
4. ที่ระดับการดูดซับสูงสุด จะเกิดเพียงชั้นโมโนเลเยอร์ เท่านั้น การดูดซับเกิดขึ้นเฉพาะที่ตำแหน่งจำเพาะบนพื้นผิวเท่านั้น ไม่ใช่การดูดซับกับสารอื่น ๆ

ข้อสมมติทั้งสี่ข้อนี้มักจะไม่เป็นจริงทั้งหมดเสมอไป: มักจะมีข้อบกพร่องบนพื้นผิวเสมอ โมเลกุลที่ถูกดูดซับไม่จำเป็นต้องเฉื่อยชา และกลไกการดูดซับของโมเลกุลแรกและโมเลกุลสุดท้ายย่อมไม่เหมือนกัน เงื่อนไขข้อที่สี่เป็นข้อที่ยุ่งยากที่สุด เนื่องจากบ่อยครั้งจะมีโมเลกุลจำนวนมากขึ้นดูดซับลงบนชั้นโมโนเลเยอร์ ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขโดยสมการไอโซเทอร์ม BETสำหรับพื้นผิวที่ค่อนข้างเรียบ (ไม่ใช่ พื้นผิวที่มีรู พรุนขนาดเล็ก ) อย่างไรก็ตาม สมการไอโซเทอร์ม Langmuir ยังคงเป็นตัวเลือกแรกสำหรับแบบจำลองการดูดซับส่วนใหญ่ และมีการประยุกต์ใช้มากมายในจลนศาสตร์พื้นผิว (โดยทั่วไปเรียกว่าจลนศาสตร์ Langmuir–Hinshelwood ) และอุณหพลศาสตร์

แลงมัวร์เสนอว่าการดูดซับเกิดขึ้นผ่านกลไกนี้:${\displaystyle A_{\text{g}}+S\rightleftharpoons AS}$โดยที่Aคือโมเลกุลของแก๊ส และSคือตำแหน่งการดูดซับ ค่าคงที่อัตราโดยตรงและผกผันคือkและk ตามลำดับ ถ้าเรากำหนดความครอบคลุมของพื้นผิว${\displaystyle \theta }$เมื่อพิจารณาจากสัดส่วนของตำแหน่งการดูดซับที่ถูกครอบครอง ในสภาวะสมดุล เราจะได้ว่า:

${\displaystyle K={\frac {k}{k_{-1}}}={\frac {\theta }{(1-\theta )P}},}$

หรือ

${\displaystyle \theta ={\frac {KP}{1+KP}},}$

ที่ไหน${\displaystyle P}$คือความดันย่อยของแก๊สหรือความเข้มข้นโมลาร์ของสารละลาย สำหรับความดันต่ำมาก${\displaystyle \theta \approx KP}$และสำหรับแรงดันสูง${\displaystyle \theta \approx 1}$.

มูลค่าของ${\displaystyle \theta }$การวัดค่านี้ด้วยวิธีการทดลองทำได้ยาก โดยปกติแล้ว สารที่ถูกดูดซับจะเป็นแก๊ส และปริมาณที่ถูกดูดซับจะระบุเป็นโมล กรัม หรือปริมาตรของแก๊สที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน (STP) ต่อกรัมของสารดูดซับ ถ้าเราเรียกv ว่าปริมาตรของสารที่ถูกดูดซับที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน (STP) ที่จำเป็นต่อการเกิดชั้นโมโนเลเยอร์บนสารดูดซับ (ต่อกรัมของสารดูดซับ) แล้ว${\displaystyle \theta ={\frac {v}{v_{\text{mon}}}}}$และเราได้นิพจน์สำหรับเส้นตรง:

${\displaystyle {\frac {1}{v}}={\frac {1}{Kv_{\text{mon}}}}{\frac {1}{P}}+{\frac {1}{v_{\text{mon}}}}.}$

จากความชันและ จุดตัดแกน yเราสามารถหาค่าv และKซึ่งเป็นค่าคงที่สำหรับแต่ละคู่ของสารดูดซับและสารที่ถูกดูดซับที่อุณหภูมิที่กำหนดv เกี่ยวข้องกับจำนวนตำแหน่งการดูดซับผ่านกฎของก๊าซในอุดมคติ ถ้าเราสมมติว่าจำนวนตำแหน่งคือพื้นที่ทั้งหมดของของแข็งหารด้วยพื้นที่หน้าตัดของโมเลกุลสารที่ถูกดูดซับ เราสามารถคำนวณพื้นที่ผิวของสารดูดซับได้อย่างง่ายดาย พื้นที่ผิวของสารดูดซับขึ้นอยู่กับโครงสร้างของมัน ยิ่งมีรูพรุนมากเท่าใด พื้นที่ผิวก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งมีอิทธิพลอย่างมากต่อปฏิกิริยาบนพื้นผิว

หากมีก๊าซมากกว่าหนึ่งชนิดดูดซับอยู่บนพื้นผิว เราจะกำหนดว่า${\displaystyle \theta _{E}}$เมื่อพิจารณาจากสัดส่วนของพื้นที่ว่าง เราจะได้ว่า:

${\displaystyle \theta _{E}={\dfrac {1}{1+\sum _{i=1}^{n}K_{i}P_{i}}}.}$

นอกจากนี้ เรายังสามารถกำหนดได้อีกด้วย${\displaystyle \theta _{j}}$โดยคิดเป็นสัดส่วนของตำแหน่งที่ถูกครอบครองโดย ก๊าซชนิดที่ j :

${\displaystyle \theta _{j}={\dfrac {K_{j}P_{j}}{1+\sum _{i=1}^{n}K_{i}P_{i}}},}$

โดยที่iคือก๊าซแต่ละชนิดที่ถูกดูดซับ

บันทึก:

1) ในการเลือกใช้สมการ Langmuir หรือ Freundlich จำเป็นต้องตรวจสอบเอนทาลปีของการดูดซับ^{[ 15 ]}ในขณะที่แบบจำลอง Langmuir ถือว่าพลังงานของการดูดซับคงที่ตามการครอบครองพื้นผิว สมการ Freundlich ได้มาจากการสมมติว่าความร้อนของการดูดซับลดลงอย่างต่อเนื่องเมื่อตำแหน่งการจับถูกครอบครอง^{[ 16 ]}การเลือกแบบจำลองโดยพิจารณาจากความเหมาะสมที่สุดของข้อมูลเป็นความเข้าใจผิดที่พบได้ทั่วไป^{[ 15 ]}

2) การใช้แบบจำลอง Langmuir ในรูปแบบเชิงเส้นไม่เป็นที่นิยมอีกต่อไปแล้ว ความก้าวหน้าในด้านกำลังการคำนวณทำให้สามารถทำการถดถอยแบบไม่เชิงเส้นได้อย่างรวดเร็วและมีความน่าเชื่อถือสูงขึ้น เนื่องจากไม่จำเป็นต้องแปลงข้อมูล

บ่อยครั้งที่โมเลกุลจะก่อตัวเป็นชั้นหลายชั้น กล่าวคือ บางส่วนถูกดูดซับบนโมเลกุลที่ถูกดูดซับอยู่แล้ว และสมการไอโซเทอร์มของแลงมัวร์จะไม่ถูกต้อง ในปี 1938 สตีเฟน บรูนัวร์ , พอล เอ็มเม็ตต์และเอ็ดเวิร์ด เทลเลอร์ได้พัฒนาสมการไอโซเทอร์มแบบจำลองที่คำนึงถึงความเป็นไปได้นั้น ทฤษฎีของพวกเขาเรียกว่าทฤษฎี BETซึ่งตั้งชื่อตามอักษรย่อในนามสกุลของพวกเขา พวกเขาได้ปรับเปลี่ยนกลไกของแลงมัวร์ดังนี้:

A + S ⇌ AS,

A + AS ⇌ A S,

A + A S ⇌ A S และอื่นๆ

การได้มาซึ่งสูตรนั้นซับซ้อนกว่าของ Langmuir (ดูลิงก์สำหรับรายละเอียดการได้มาอย่างครบถ้วน) เราจะได้:

${\displaystyle {\frac {x}{v(1-x)}}={\frac {1}{v_{\text{mon}}c}}+{\frac {x(c-1)}{v_{\text{mon}}c}},}$

โดยที่xคือความดันหารด้วยความดันไอของสารดูดซับที่อุณหภูมินั้น (โดยปกติจะใช้สัญลักษณ์ )${\displaystyle P/P_{0}}$โดยที่vคือปริมาตร STP ของสารดูดซับvmonคือปริมาตร STP ของปริมาณสารดูดซับที่จำเป็นต่อการก่อตัวเป็นชั้นเดียว และcคือค่าคงที่สมดุลK ที่เราใช้ในสมการไอโซ อร์มของ Langmuir คูณด้วยความดันไอของสารดูดซับ ข้อสมมติฐานหลักที่ใช้ในการหาอนุพันธ์ของสมการ BET คือ ความร้อนของการดูดซับที่ต่อเนื่องกันสำหรับทุกชั้นยกเว้นชั้นแรกนั้นเท่ากับความร้อนของการควบแน่นของสารดูดซับ

โดยทั่วไปแล้วสมการไอโซเทอร์มของ Langmuir จะเหมาะสมกว่าสำหรับการดูดซับทางเคมี และสมการไอโซเทอร์มของ BET จะเหมาะสมกว่าสำหรับการดูดซับทางกายภาพสำหรับพื้นผิวที่ไม่มีรูพรุนขนาดเล็ก

ในกรณีอื่นๆ ปฏิสัมพันธ์ระดับโมเลกุลระหว่างโมเลกุลของก๊าซที่ถูกดูดซับไว้ก่อนหน้านี้บนพื้นผิวของแข็งจะก่อให้เกิดปฏิสัมพันธ์ที่สำคัญกับโมเลกุลของก๊าซในเฟสของก๊าซ ดังนั้น การดูดซับโมเลกุลของก๊าซไปยังพื้นผิวจึงมีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นรอบๆ โมเลกุลของก๊าซที่มีอยู่แล้วบนพื้นผิวของแข็ง ทำให้สมการไอโซเทอร์มการดูดซับของ Langmuir ไม่มีประสิทธิภาพสำหรับการสร้างแบบจำลอง ผลกระทบนี้ได้รับการศึกษาในระบบที่ไนโตรเจนเป็นสารดูดซับและทังสเตนเป็นตัวดูดซับโดย Paul Kisliuk (1922–2008) ในปี 1957 ^{[ 17 ]}เพื่อชดเชยความน่าจะเป็นที่เพิ่มขึ้นของการดูดซับที่เกิดขึ้นรอบๆ โมเลกุลที่มีอยู่บนพื้นผิวของสารตั้งต้น Kisliuk ได้พัฒนาทฤษฎีสถานะก่อนหน้า โดยที่โมเลกุลจะเข้าสู่สถานะก่อนหน้าที่ส่วนต่อประสานระหว่างตัวดูดซับของแข็งและสารดูดซับในเฟสของก๊าซ จากตรงนี้ โมเลกุลของสารดูดซับจะดูดซับไปยังตัวดูดซับหรือคายตัวออกไปยังเฟสของก๊าซ ความน่าจะเป็นของการดูดซับที่เกิดขึ้นจากสถานะก่อนการดูดซับนั้นขึ้นอยู่กับความใกล้ชิดของโมเลกุลที่ถูกดูดซับกับโมเลกุลอื่นๆ ที่ถูกดูดซับไปแล้ว หากโมเลกุลที่ถูกดูดซับในสถานะก่อนการดูดซับอยู่ใกล้กับโมเลกุลที่ถูกดูดซับซึ่งเกิดขึ้นบนพื้นผิวแล้ว ความน่าจะเป็นในการยึดเกาะจะสะท้อนโดยขนาดของค่าคงที่ SE จะถูกดูดซับจากสถานะก่อนการดูดซับด้วยอัตราหรือจะหลุดออกไปในสถานะก๊าซด้วยอัตราkES หากโมเลกุลที่ถูกดูดซับเข้าสู่สถานะก่อนการดูดซับในตำแหน่งที่อยู่ห่างไกลจากโมเลกุล ถูกดูดซับก่อนหน้านี้ ความน่าจะเป็นในการยึดเกาะจะสะท้อนโดยขนาดของค่าคงที่

ปัจจัยเหล่านี้ถูกรวมเข้าเป็นส่วนหนึ่งของค่าคงที่ค่าเดียวที่เรียกว่า "สัมประสิทธิ์การยึดเกาะ" k ซึ่งอธิบายไว้ด้านล่าง:

${\displaystyle k_{\text{E}}={\frac {S_{\text{E}}}{k_{\text{ES}}S_{\text{D}}}}.}$

เนื่องจากค่า S ถูกกำหนดโดยปัจจัยที่นำมาพิจารณาในแบบจำลอง Langmuir ดังนั้น S จึงสามารถถือได้ว่าเป็นค่าคงที่อัตราการดูดซับ อย่างไรก็ตาม ค่าคงที่อัตราสำหรับแบบจำลอง Kisliuk ( R )') แตกต่างจากแบบจำลอง Langmuir เนื่องจากR' ใช้เพื่อแสดงผลกระทบของการแพร่ต่อการก่อตัวของชั้นโมโนเลเยอร์ และเป็นสัดส่วนกับรากที่สองของสัมประสิทธิ์การแพร่ของระบบ สมการไอโซเทอร์มการดูดซับของ Kisliuk เขียนได้ดังนี้ โดยที่ θ คือเศษส่วนของการปกคลุมของสารดูดซับด้วยสารที่ถูกดูดซับ และtคือเวลาในการแช่:

${\displaystyle {\frac {d\theta _{(t)}}{dt}}=R'(1-\theta )(1+k_{\text{E}}\theta ).}$

เมื่อแก้สมการหา θ จะได้:

${\displaystyle \theta _{(t)}={\frac {1-e^{-R'(1+k_{\text{E}})t}}{1+k_{\text{E}}e^{-R'(1+k_{\text{E}})t}}}.}$

ค่าคงที่การดูดซับเป็นค่าคงที่สมดุลดังนั้นจึงเป็นไปตามสมการของแวนต์ฮอฟฟ์ :

${\displaystyle \left({\frac {\partial \ln K}{\partial {\frac {1}{T}}}}\right)_{\theta }=-{\frac {\Delta H}{R}}.}$

ดังที่เห็นได้ในสูตร การเปลี่ยนแปลงของKจะต้องเป็นแบบไอโซสเตอริก นั่นคือ ที่ความครอบคลุมคงที่ หากเราเริ่มต้นจากไอโซเทอร์ม BET และสมมติว่าการเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีเท่ากันสำหรับการทำให้เป็นของเหลวและการดูดซับ เราจะได้

${\displaystyle \Delta H_{\text{ads}}=\Delta H_{\text{liq}}-RT\ln c,}$

กล่าวคือ กระบวนการดูดซับคายความร้อนมากกว่ากระบวนการทำให้เป็นของเหลว

การดูดซับของโมเลกุลกลุ่มบนพื้นผิวหรือรอยต่อสามารถแบ่งออกเป็นสองกระบวนการ ได้แก่ การดูดซับและการคายการดูดซับ หากอัตราการดูดซับมากกว่าอัตราการคายการดูดซับ โมเลกุลจะสะสมมากขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป ทำให้เกิดกราฟแสดงการดูดซับเมื่อเวลาผ่านไป หากอัตราการคายการดูดซับมากกว่า จำนวนโมเลกุลบนพื้นผิวจะลดลงเมื่อเวลาผ่านไป อัตราการดูดซับขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ อัตราการแพร่ของสารละลาย (เกี่ยวข้องกับระยะทางเฉลี่ยอิสระสำหรับก๊าซบริสุทธิ์) และ กำแพงพลังงาน ระหว่างโมเลกุลกับพื้นผิว การแพร่และองค์ประกอบสำคัญของอัตราการดูดซับสามารถคำนวณได้โดยใช้กฎการแพร่ของฟิกและสมการของไอน์สไตน์ (ทฤษฎีจลน์)ภายใต้เงื่อนไขในอุดมคติ เมื่อไม่มีกำแพงพลังงานและโมเลกุลทั้งหมดที่แพร่และชนกับพื้นผิวจะถูกดูดซับ จำนวนโมเลกุลที่ถูกดูดซับจะมีค่าเท่ากับ${\displaystyle \Gamma }$ที่พื้นผิวที่มีพื้นที่${\displaystyle A}$บนพื้นผิวพื้นที่อนันต์สามารถบูรณาการโดยตรงจาก สมการเชิงอนุพันธ์ กฎข้อที่สองของฟิกได้ดังนี้: ^{[ 18 ]}

${\displaystyle \Gamma =2AC{\sqrt {\frac {Dt}{\pi }}}}$

ที่ไหน${\displaystyle A}$คือพื้นที่ผิว (หน่วยเป็น^m² )${\displaystyle C}$คือความเข้มข้นเชิงจำนวนของโมเลกุลในสารละลายโดยรวม (หน่วย จำนวนโมเลกุลต่อลูกบาศก์^เมตร )${\displaystyle D}$คือค่าคงที่การแพร่ (หน่วย m² ^/ s) และ${\displaystyle t}$คือเวลา (หน่วยเป็นวินาที) การจำลองและการวิเคราะห์เพิ่มเติมของสมการนี้^{[ 19 ]}แสดงให้เห็นว่าการพึ่งพาค่ารากที่สองของเวลามีต้นกำเนิดมาจากการลดลงของความเข้มข้นใกล้พื้นผิวภายใต้สภาวะการดูดซับที่เหมาะสม นอกจากนี้ สมการนี้ใช้ได้เฉพาะในช่วงเริ่มต้นของการดูดซับเมื่อเกิดการไล่ระดับความเข้มข้นที่ดีใกล้พื้นผิว การแก้ไขเกี่ยวกับการลดลงของพื้นที่การดูดซับและการชะลอตัวของวิวัฒนาการการไล่ระดับความเข้มข้นจะต้องพิจารณาในช่วงเวลาที่ยาวนานขึ้น^{[ 20 ]} ภายใต้สภาวะการทดลองจริง การไหลและพื้นที่การดูดซับขนาดเล็กทำให้มีอัตราการดูดซับเร็วกว่าที่สมการนี้ทำนายไว้เสมอ และกำแพงพลังงานจะเร่งอัตรานี้โดยแรงดึงดูดของพื้นผิวหรือทำให้ช้าลงโดยแรงผลักของพื้นผิว ดังนั้น การทำนายจากสมการนี้มักจะห่างจากผลการทดลองหลายลำดับขนาด ในกรณีพิเศษ เช่น พื้นที่การดูดซับขนาดเล็กมากบนพื้นผิวขนาดใหญ่ และภายใต้สมดุลทางเคมีเมื่อไม่มีการไล่ระดับความเข้มข้นใกล้พื้นผิว สมการนี้จะมีประโยชน์ในการทำนายอัตราการดูดซับโดยต้องระมัดระวังเป็นพิเศษในการกำหนดค่าเฉพาะของ${\displaystyle t}$ในการวัดเฉพาะ^{[ 19 ]}

การหลุดออกของโมเลกุลจากพื้นผิวขึ้นอยู่กับพลังงานยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลกับพื้นผิวและอุณหภูมิ ดังนั้นอัตราการดูดซับโดยรวมโดยทั่วไปจึงมักเป็นผลรวมของการดูดซับและการหลุดออก

โดยทั่วไป สารดูดซับจะใช้ในรูปของเม็ดทรงกลม แท่ง แม่พิมพ์ หรือโมโนลิธที่มีรัศมีไฮโดรไดนามิกอยู่ระหว่าง0.25 ถึง 5 มิลลิเมตร (0.0098 ถึง 0.1969 นิ้ว) สารดูดซับ ต้องมี ความต้านทานต่อ การสึกหรอ สูง มีเสถียรภาพทางความร้อนสูงและมีเส้นผ่านศูนย์กลางรูพรุนเล็ก ซึ่งส่งผลให้มีพื้นที่ผิวสัมผัสสูงขึ้นและจึงมีความสามารถในการดูดซับสูง นอกจากนี้ สารดูดซับต้องมีโครงสร้างรูพรุนที่ชัดเจนซึ่งช่วยให้การขนส่งไอระเหยของก๊าซเป็นไปอย่างรวดเร็ว^{[ 26 ]} สารดูดซับทางอุตสาหกรรมส่วนใหญ่จัดอยู่ในหนึ่งในสามประเภท: 

• สารประกอบที่มีออกซิเจน – โดยทั่วไปจะมีคุณสมบัติชอบน้ำและมีขั้ว รวมถึงวัสดุ ต่างๆเช่นซิลิกาเจลหินปูน (แคลเซียมคาร์บอเนต) ^{[ 27 ]}และซีโอไลต์
• สารประกอบที่มีคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลัก มักมีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำและไม่มีขั้ว รวมถึงวัสดุต่างๆ เช่นถ่านกัมมันต์และกราไฟต์
• สารประกอบที่มีพอลิเมอร์เป็นองค์ประกอบหลักนั้น อาจเป็นสารมีขั้วหรือไม่มีขั้ว ขึ้นอยู่กับหมู่ฟังก์ชันในเมทริกซ์ของพอลิเมอร์

ซิลิกาเจล เป็น สารอสัณฐานของ SiO₂ ที่มีคุณสมบัติเฉื่อยทางเคมี ไม่เป็นพิษ มีขั้ว และมีเสถียรภาพทางมิติ (< 400 °C หรือ 750 °F) ได้จากการทำปฏิกิริยาระหว่างโซเดียมซิลิเกตกับกรดอะซิติก ตามด้วยกระบวนการปรับปรุงคุณภาพหลายขั้นตอน เช่น การบ่ม การดอง เป็นต้น ซึ่งวิธีการปรับปรุงคุณภาพเหล่านี้ส่งผลให้ได้ขนาดรูพรุนที่หลากหลาย  

ซิลิกาถูกนำมาใช้ในการทำให้แห้งของอากาศในกระบวนการผลิต (เช่น ออกซิเจน ก๊าซธรรมชาติ) และการดูดซับไฮโดรคาร์บอนหนัก (มีขั้ว) จากก๊าซธรรมชาติ

ซีโอไลต์ เป็น อะลูมิโนซิลิ เคต ผลึกธรรมชาติหรือสังเคราะห์ซึ่งมีโครงข่ายรูพรุนซ้ำๆ และปล่อยน้ำออกมาที่อุณหภูมิสูง ซีโอไลต์มีคุณสมบัติเป็นสารมีขั้ว

ซีโอไลต์ผลิตขึ้นโดยกระบวนการสังเคราะห์ด้วยความร้อนสูง (hydrothermal synthesis)ของโซเดียมอะลูมิโนซิลิเกตหรือแหล่งซิลิกาอื่น ๆ ใน หม้ออัดความดัน ( autoclave ) ตามด้วยการแลกเปลี่ยนไอออนกับแคตไอออนบางชนิด (Na ⁺ , Li ⁺ , Ca2 ⁺ , K ⁺ , NH4 ⁾เส้นผ่านศูนย์กลางของช่องในโครงสร้างซีโอไลต์มักอยู่ในช่วง 2 ถึง 9 อังสตรอมกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนจะตามด้วยการทำให้ผลึกแห้ง ซึ่งสามารถนำมาอัดเป็นเม็ดโดยใช้สารยึดเกาะเพื่อสร้างเม็ดที่มีรูพรุนขนาดใหญ่

ซีโอไลต์ถูกนำไปใช้ในการทำให้แห้งของอากาศในกระบวนการผลิต การกำจัด CO2 ก๊าซธรรมชาติ การกำจัด CO จากก๊าซรีฟอร์มมิง การแยกอากาศการแตกตัวเร่งปฏิกิริยาและการสังเคราะห์และรีฟอร์มมิงด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา

ซีโอไลต์ชนิดไม่มีขั้ว (ซิลิกา) สังเคราะห์ขึ้นจากแหล่งซิลิกาที่ปราศจากอะลูมิเนียม หรือโดยการกำจัดอะลูมิเนียมออกจากซีโอไลต์ที่มีอะลูมิเนียมเป็นองค์ประกอบ กระบวนการกำจัดอะลูมิเนียมทำได้โดยการให้ความร้อนแก่ซีโอไลต์ด้วยไอน้ำที่อุณหภูมิสูง โดยทั่วไปจะสูงกว่า500 °C (930 °F)การให้ความร้อนที่อุณหภูมิสูงนี้จะทำลายพันธะระหว่างอะลูมิเนียมกับออกซิเจน และอะตอมของอะลูมิเนียมจะถูกขับออกจากโครงสร้างของซีโอไลต์  

คำว่า "การดูดซับ" นั้นถูกบัญญัติโดยไฮน์ริช ไคเซอร์ในปี พ.ศ. 2424 ในบริบทของการดูดซับก๊าซโดยคาร์บอน^{[ 28 ]}

ถ่านกัมมันต์เป็นของแข็งอสัณฐานที่มีรูพรุนสูง ประกอบด้วยผลึกขนาดเล็กที่มีโครงสร้างตาข่ายกราไฟต์ มักเตรียมในรูปเม็ดเล็กๆ หรือผง มีคุณสมบัติไม่เป็นขั้วและราคาถูก ข้อเสียหลักอย่างหนึ่งคือมันทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่อุณหภูมิปานกลาง (สูงกว่า300 °C (572 °F) )  

ถ่านกัมมันต์สามารถผลิตได้จากวัสดุคาร์บอน เช่น ถ่านหิน (บิทูมินัส ซับบิทูมินัส และลิกไนต์) พีท ไม้ หรือเปลือกถั่ว (เช่น มะพร้าว) กระบวนการผลิตประกอบด้วยสองขั้นตอน คือการทำให้เป็นคาร์บอนและการกระตุ้น^{[ 29 ] [ 30 ]}กระบวนการทำให้เป็นคาร์บอนประกอบด้วยการทำให้แห้งแล้วให้ความร้อนเพื่อแยกผลพลอยได้ เช่น น้ำมันดินและไฮโดรคาร์บอนอื่นๆ ออกจากวัตถุดิบ รวมถึงการขับไล่ก๊าซที่เกิดขึ้น กระบวนการนี้เสร็จสมบูรณ์โดยการให้ความร้อนวัสดุที่อุณหภูมิสูงกว่า400 °C (750 °F)ในบรรยากาศที่ปราศจากออกซิเจนซึ่งไม่สามารถเกิดการเผาไหม้ได้ จากนั้นอนุภาคคาร์บอนที่ผ่านการทำให้เป็นคาร์บอนแล้วจะถูก "กระตุ้น" โดยการสัมผัสกับสารออกซิไดซ์ ซึ่งโดยทั่วไปคือไอน้ำหรือคาร์บอนไดออกไซด์ ที่อุณหภูมิสูง สารนี้จะเผาไหม้โครงสร้างที่ปิดกั้นรูพรุนที่เกิดขึ้นในระหว่างขั้นตอนการทำให้เป็นคาร์บอน ดังนั้นจึงเกิดโครงสร้างตาข่ายกราไฟต์สามมิติที่มีรูพรุน ขนาดของรูพรุนที่เกิดขึ้นในระหว่างการกระตุ้นเป็นฟังก์ชันของระยะเวลาที่ใช้ในขั้นตอนนี้ ระยะเวลาการสัมผัสที่นานขึ้นส่งผลให้ขนาดรูพรุนใหญ่ขึ้น คาร์บอนในเฟสของเหลวที่นิยมใช้มากที่สุดคือคาร์บอนที่ทำจากบิทูมินัส เนื่องจากมีความแข็ง ความทนทานต่อการสึกหรอ การกระจายขนาดรูพรุน และต้นทุนต่ำ แต่จำเป็นต้องทดสอบประสิทธิภาพในแต่ละการใช้งานเพื่อกำหนดผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมที่สุด  

ถ่านกัมมันต์ใช้สำหรับการดูดซับสารอินทรีย์^{[ 31 ]}และสารดูดซับที่ไม่เป็นขั้ว และมักใช้สำหรับการบำบัดก๊าซเสีย (และน้ำเสีย) ด้วย เป็นสารดูดซับที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด เนื่องจากคุณสมบัติทางเคมี (เช่น กลุ่มพื้นผิว) และทางกายภาพ (เช่น การกระจายขนาดรูพรุนและพื้นที่ผิว) ส่วนใหญ่สามารถปรับแต่งได้ตามความต้องการ^{[ 32 ]}ประโยชน์ของมันยังมาจากปริมาตรไมโครรูพรุนขนาดใหญ่ (และบางครั้งก็มีเมโซรูพรุน) และพื้นที่ผิวสูงที่เกิดขึ้น งานวิจัยล่าสุดรายงานว่าถ่านกัมมันต์เป็นสารที่มีประสิทธิภาพในการดูดซับชนิดแคตไอออนของโลหะที่เป็นพิษจากระบบมลพิษหลายชนิด และยังเสนอถึงกลไกการดูดซับที่เป็นไปได้พร้อมหลักฐานสนับสนุน^{[ 33 ]}