Aktívne uhlie (AC) označuje vysoko uhlíkaté materiály s vysokou pórovitosťou a sorpčnou schopnosťou vyrábané z dreva, kokosových škrupín, uhlia a šišiek atď. AC je jedným z často používaných adsorbentov používaných v rôznych priemyselných odvetviach na odstraňovanie mnohých znečisťujúcich látok. z vodných a vzdušných telies.Keďže AC syntetizované z poľnohospodárskych a odpadových produktov, ukázalo sa, že je skvelou alternatívou k tradične používaným neobnoviteľným a drahým zdrojom.Na prípravu AC sa používajú dva základné procesy, karbonizácia a aktivácia.V prvom procese sa prekurzory podrobia vysokým teplotám, medzi 400 a 850 °C, aby sa vypudili všetky prchavé zložky.Vysoká zvýšená teplota odstraňuje z prekurzora všetky neuhlíkové zložky, ako je vodík, kyslík a dusík vo forme plynov a dechtov.Tento proces produkuje zuhoľnatené s vysokým obsahom uhlíka, ale nízkym povrchom a pórovitosťou.Druhý krok však zahŕňa aktiváciu predtým syntetizovaného uhlia.Zväčšenie veľkosti pórov počas procesu aktivácie možno rozdeliť do troch kategórií: otvorenie predtým neprístupných pórov, vývoj nových pórov selektívnou aktiváciou a rozšírenie existujúcich pórov.
Zvyčajne sa na aktiváciu používajú dva prístupy, fyzikálny a chemický, aby sa získala požadovaná plocha povrchu a pórovitosť.Fyzikálna aktivácia zahŕňa aktiváciu karbonizovaného uhlia pomocou oxidačných plynov, ako je vzduch, oxid uhličitý a para, pri vysokých teplotách (medzi 650 a 900 °C).Oxid uhličitý je zvyčajne preferovaný kvôli jeho čistej povahe, ľahkej manipulácii a kontrolovateľnému procesu aktivácie okolo 800 °C.Aktiváciou oxidom uhličitým možno v porovnaní s parou dosiahnuť vysokú rovnomernosť pórov.Avšak pre fyzikálnu aktiváciu je para oveľa výhodnejšia v porovnaní s oxidom uhličitým, pretože je možné vyrábať AC s relatívne veľkým povrchom.Vďaka menšej veľkosti molekúl vody dochádza k jej efektívnemu difúziu v štruktúre uhlíka.Zistilo sa, že aktivácia parou je približne dvakrát až trikrát vyššia ako aktivácia oxidu uhličitého s rovnakým stupňom konverzie.
Chemický prístup však zahŕňa zmiešanie prekurzora s aktivačnými činidlami (NaOH, KOH a FeCl3 atď.).Tieto aktivačné činidlá pôsobia ako oxidanty aj ako dehydratačné činidlá.V tomto prístupe sa karbonizácia a aktivácia uskutočňujú súčasne pri pomerne nižšej teplote 300-500 °C v porovnaní s fyzikálnym prístupom.V dôsledku toho dochádza k pyrolytickému rozkladu a následne k expanzii zlepšenej poréznej štruktúry a vysokému výťažku uhlíka.Hlavnými výhodami chemického prístupu v porovnaní s fyzikálnym prístupom sú požiadavky na nízku teplotu, štruktúry s vysokou mikroporéznosťou, veľký povrch a minimálny čas dokončenia reakcie.
Nadradenosť metódy chemickej aktivácie možno vysvetliť na základe modelu navrhnutého Kimom a jeho spolupracovníkmi [1], podľa ktorého sa v AC nachádzajú rôzne sférické mikrodomény zodpovedné za tvorbu mikropórov.Na druhej strane sú mezopóry vyvinuté v intermikrodoménových oblastiach.Experimentálne vytvorili aktívne uhlie zo živice na báze fenolu chemickou (pomocou KOH) a fyzikálnou (pomocou pary) aktiváciou (obrázok 1).Výsledky ukázali, že AC syntetizovaný aktiváciou KOH mal vysoký povrch 2878 m2/g v porovnaní s 2213 m2/g aktiváciou parou.Okrem toho sa zistilo, že ďalšie faktory, ako je veľkosť pórov, plocha povrchu, objem mikropórov a priemerná šírka pórov, sú lepšie v podmienkach aktivovaných KOH v porovnaní s aktivovanými parou.
Rozdiely medzi AC pripraveným z aktivácie parou (C6S9) a aktiváciou KOH (C6K9), v tomto poradí, vysvetlené z hľadiska modelu mikroštruktúry.
V závislosti od veľkosti častíc a spôsobu prípravy môže byť kategorizovaný do troch typov: napájaný AC, granulovaný AC a perličkový AC.Powered AC je vytvorený z jemných granúl s veľkosťou 1 mm s priemerným priemerom v rozsahu 0,15-0,25 mm.Granulovaný AC má porovnateľne väčšiu veľkosť a menšiu vonkajšiu plochu.Granulované AC sa používajú pre rôzne aplikácie v kvapalnej a plynnej fáze v závislosti od ich rozmerových pomerov.Tretia trieda: perlička AC sa vo všeobecnosti syntetizuje z ropnej smoly s priemerom v rozsahu od 0,35 do 0,8 mm.Je známy svojou vysokou mechanickou pevnosťou a nízkym obsahom prachu.Vďaka svojej guľovej štruktúre sa vo veľkej miere používa v aplikáciách s fluidným lôžkom, ako je filtrácia vody.
Čas odoslania: 18. júna 2022