Ο ενεργός άνθρακας (AC) αναφέρεται στα υλικά υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα με υψηλό πορώδες και ικανότητα ρόφησης που παράγονται από το ξύλο, τα κελύφη καρύδας, τον άνθρακα και τους κώνους κ.λπ. από σώματα νερού και αέρα.Δεδομένου ότι, το AC που συντίθεται από τα γεωργικά προϊόντα και τα απόβλητα, έχει αποδειχθεί μια εξαιρετική εναλλακτική λύση στις παραδοσιακά χρησιμοποιούμενες μη ανανεώσιμες και ακριβές πηγές.Για την παρασκευή του AC χρησιμοποιούνται δύο βασικές διαδικασίες, η ενανθράκωση και η ενεργοποίηση.Στην πρώτη διεργασία, οι πρόδρομες ουσίες υποβάλλονται σε υψηλές θερμοκρασίες, μεταξύ 400 και 850°C, για να αποβληθούν όλα τα πτητικά συστατικά.Η υψηλή αυξημένη θερμοκρασία αφαιρεί όλα τα μη ανθρακούχα συστατικά από τον πρόδρομο όπως το υδρογόνο, το οξυγόνο και το άζωτο με τη μορφή αερίων και πίσσας.Αυτή η διαδικασία παράγει ξυλάνθρακα με υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα αλλά χαμηλή επιφάνεια και πορώδες.Ωστόσο, το δεύτερο βήμα περιλαμβάνει την ενεργοποίηση προηγουμένως συντεθέντος άνθρακα.Η ενίσχυση του μεγέθους των πόρων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ενεργοποίησης μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε τρεις κατηγορίες: άνοιγμα προηγουμένως απρόσιτων πόρων, ανάπτυξη νέων πόρων με επιλεκτική ενεργοποίηση και διεύρυνση των υπαρχόντων πόρων.
Συνήθως, δύο προσεγγίσεις, φυσική και χημική, χρησιμοποιούνται για την ενεργοποίηση για να επιτευχθεί η επιθυμητή επιφάνεια και το πορώδες.Η φυσική ενεργοποίηση περιλαμβάνει την ενεργοποίηση ανθρακούχου άνθρακα χρησιμοποιώντας οξειδωτικά αέρια όπως ο αέρας, το διοξείδιο του άνθρακα και ο ατμός σε υψηλές θερμοκρασίες (μεταξύ 650 και 900°C).Το διοξείδιο του άνθρακα συνήθως προτιμάται λόγω της καθαρής φύσης του, του εύκολου χειρισμού και της ελεγχόμενης διαδικασίας ενεργοποίησης γύρω στους 800°C.Υψηλή ομοιομορφία πόρων μπορεί να επιτευχθεί με την ενεργοποίηση του διοξειδίου του άνθρακα σε σύγκριση με τον ατμό.Ωστόσο, για φυσική ενεργοποίηση, ο ατμός προτιμάται πολύ σε σύγκριση με το διοξείδιο του άνθρακα, καθώς μπορεί να παραχθεί AC με σχετικά υψηλή επιφάνεια.Λόγω του μικρότερου μεγέθους μορίου του νερού, η διάχυσή του στη δομή του άνθρακα γίνεται αποτελεσματικά.Η ενεργοποίηση με ατμό έχει βρεθεί ότι είναι περίπου δύο έως τρεις φορές υψηλότερη από το διοξείδιο του άνθρακα με τον ίδιο βαθμό μετατροπής.
Ωστόσο, η χημική προσέγγιση περιλαμβάνει την ανάμειξη προδρόμου με παράγοντες ενεργοποίησης (NaOH, ΚΟΗ και FeCl3, κ.λπ.).Αυτοί οι παράγοντες ενεργοποίησης δρουν ως οξειδωτικά καθώς και ως αφυδατωτικοί παράγοντες.Σε αυτή την προσέγγιση, η ενανθράκωση και η ενεργοποίηση πραγματοποιούνται ταυτόχρονα σε συγκριτικά χαμηλότερη θερμοκρασία 300-500°C σε σύγκριση με τη φυσική προσέγγιση.Ως αποτέλεσμα, επηρεάζει την πυρολυτική αποσύνθεση και, στη συνέχεια, έχει ως αποτέλεσμα την επέκταση της βελτιωμένης πορώδους δομής και την υψηλή απόδοση άνθρακα.Τα κύρια οφέλη της χημικής έναντι της φυσικής προσέγγισης είναι η απαίτηση χαμηλής θερμοκρασίας, οι δομές υψηλού μικροπορώδους, η μεγάλη επιφάνεια και ο ελαχιστοποιημένος χρόνος ολοκλήρωσης της αντίδρασης.
Η υπεροχή της μεθόδου χημικής ενεργοποίησης μπορεί να εξηγηθεί με βάση ένα μοντέλο που προτάθηκε από τον Kim και τους συναδέλφους του [1] σύμφωνα με το οποίο βρίσκονται διάφοροι σφαιρικοί μικροτομείς υπεύθυνοι για το σχηματισμό μικροπόρων στο AC.Από την άλλη πλευρά, οι μεσοπόροι αναπτύσσονται στις περιοχές ενδομικροτομέων.Πειραματικά, σχημάτισαν ενεργό άνθρακα από ρητίνη με βάση τη φαινόλη με χημική (χρησιμοποιώντας ΚΟΗ) και φυσική (με χρήση ατμού) ενεργοποίηση (Εικόνα 1).Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το AC που συντίθεται με ενεργοποίηση ΚΟΗ είχε υψηλή επιφάνεια 2878 m2/g σε σύγκριση με 2213 m2/g με ενεργοποίηση με ατμό.Επιπλέον, άλλοι παράγοντες όπως το μέγεθος πόρων, η επιφάνεια, ο όγκος των μικροπόρων και το μέσο πλάτος πόρων βρέθηκαν όλοι καλύτεροι σε συνθήκες ενεργοποίησης με ΚΟΗ σε σύγκριση με ενεργοποιημένο με ατμό.
Οι διαφορές μεταξύ AC Παρασκευάστηκε από ενεργοποίηση με ατμό (C6S9) και ενεργοποίηση ΚΟΗ (C6K9), αντίστοιχα, εξηγούνται από την άποψη του μοντέλου μικροδομής.
Ανάλογα με το μέγεθος των σωματιδίων και τη μέθοδο παρασκευής, μπορεί να κατηγοριοποιηθεί σε τρεις τύπους: τροφοδοτούμενο AC, κοκκώδη AC και σφαιρίδιο AC.Το τροφοδοτούμενο AC σχηματίζεται από λεπτούς κόκκους μεγέθους 1 mm με μέση περιοχή διαμέτρου 0,15-0,25 mm.Το Granular AC έχει συγκριτικά μεγαλύτερο μέγεθος και μικρότερη εξωτερική επιφάνεια.Το κοκκώδες AC χρησιμοποιούνται για διάφορες εφαρμογές υγρής και αέριας φάσης ανάλογα με τις αναλογίες διαστάσεων τους.Τρίτη κατηγορία: το σφαιρίδιο AC συντίθεται γενικά από το βήμα πετρελαίου με διάμετρο που κυμαίνεται από 0,35 έως 0,8 mm.Είναι γνωστό για την υψηλή μηχανική του αντοχή και τη χαμηλή περιεκτικότητα σε σκόνη.Χρησιμοποιείται εκτενώς σε εφαρμογές ρευστοποιημένης κλίνης όπως η διήθηση νερού λόγω της σφαιρικής δομής του.
Ώρα δημοσίευσης: Ιουν-18-2022