Aktivni ugljen (AC) odnosi se na visoko ugljične materijale s visokom poroznošću i sorpcijskom sposobnošću, proizvedene od drva, kokosovih ljuski, ugljena i češera itd. AC je jedan od često korištenih adsorbenata koji se koriste u raznim industrijama za uklanjanje brojnih onečišćujućih tvari iz vode i zraka. Budući da se AC sintetizira iz poljoprivrednih i otpadnih proizvoda, pokazao se kao izvrsna alternativa tradicionalno korištenim neobnovljivim i skupim izvorima. Za pripremu AC-a koriste se dva osnovna procesa, karbonizacija i aktivacija. U prvom procesu, prekursori se podvrgavaju visokim temperaturama, između 400 i 850 °C, kako bi se uklonile sve hlapljive komponente. Visoka povišena temperatura uklanja sve neugljične komponente iz prekursora poput vodika, kisika i dušika u obliku plinova i katrana. Ovaj proces proizvodi ugljen s visokim udjelom ugljika, ali niskom površinom i poroznošću. Međutim, drugi korak uključuje aktivaciju prethodno sintetiziranog ugljena. Povećanje veličine pora tijekom procesa aktivacije može se podijeliti u tri kategorije: otvaranje prethodno nedostupnih pora, razvoj novih pora selektivnom aktivacijom i širenje postojećih pora.
Obično se za aktivaciju koriste dva pristupa, fizikalni i kemijski, kako bi se postigla željena površina i poroznost. Fizikalna aktivacija uključuje aktivaciju karboniziranog ugljena pomoću oksidirajućih plinova poput zraka, ugljikovog dioksida i pare na visokim temperaturama (između 650 i 900 °C). Ugljikov dioksid se obično preferira zbog svoje čiste prirode, jednostavnog rukovanja i kontroliranog procesa aktivacije oko 800 °C. Visoka ujednačenost pora može se postići aktivacijom ugljikovim dioksidom u usporedbi s parom. Međutim, za fizikalnu aktivaciju, para je puno poželjnija u usporedbi s ugljikovim dioksidom jer se može proizvesti AC s relativno velikom površinom. Zbog manje veličine molekule vode, njezina difuzija unutar strukture ugljena odvija se učinkovito. Utvrđeno je da je aktivacija parom oko dva do tri puta veća od aktivacije ugljikovim dioksidom s istim stupnjem konverzije.
Međutim, kemijski pristup uključuje miješanje prekursora s aktivacijskim sredstvima (NaOH, KOH i FeCl3, itd.). Ova aktivacijska sredstva djeluju kao oksidansi, kao i dehidratacijska sredstva. U ovom pristupu, karbonizacija i aktivacija se provode istovremeno na relativno nižoj temperaturi od 300-500°C u usporedbi s fizičkim pristupom. Kao rezultat toga, utječe na pirolitičku razgradnju i, zatim, rezultira širenjem poboljšane porozne strukture i visokim prinosom ugljika. Glavne prednosti kemijskog u odnosu na fizički pristup su niska temperatura, struktura visoke mikroporoznosti, velika površina i smanjeno vrijeme završetka reakcije.
Superiornost metode kemijske aktivacije može se objasniti na temelju modela koji su predložili Kim i njegovi suradnici [1], prema kojem se u AC-u nalaze različite sferne mikrodomene odgovorne za stvaranje mikropora. S druge strane, mezopore se razvijaju u intermikrodomenskim područjima. Eksperimentalno je formiran aktivni ugljen iz smole na bazi fenola kemijskom (korištenjem KOH) i fizičkom (korištenjem pare) aktivacijom (Slika 1). Rezultati su pokazali da AC sintetiziran KOH aktivacijom ima veliku površinu od 2878 m2/g u usporedbi s 2213 m2/g aktivacijom parom. Osim toga, utvrđeno je da su i drugi čimbenici poput veličine pora, površine, volumena mikropora i prosječne širine pora bolji u uvjetima aktivacije KOH-om u usporedbi s aktivacijom parom.
Razlike između AC pripremljenog aktivacijom parom (C6S9) i aktivacijom KOH (C6K9), objašnjene su pomoću modela mikrostrukture.
Ovisno o veličini čestica i načinu pripreme, može se podijeliti u tri vrste: pogonski AC, granulirani AC i kuglični AC. Pogonski AC se formira od finih granula veličine 1 mm s prosječnim rasponom promjera od 0,15 do 0,25 mm. Granulirani AC ima relativno veću veličinu i manju vanjsku površinu. Granulirani AC se koristi za različite primjene u tekućoj i plinovitoj fazi, ovisno o omjerima dimenzija. Treća klasa: kuglični AC se općenito sintetizira iz naftne smole promjera u rasponu od 0,35 do 0,8 mm. Poznat je po svojoj visokoj mehaničkoj čvrstoći i niskom sadržaju prašine. Zbog svoje sferne strukture, široko se koristi u primjenama fluidiziranog sloja kao što je filtracija vode.
Vrijeme objave: 18. lipnja 2022.