Aktivni ugljen (AC) odnosi se na materijale s visokim udjelom ugljika koji imaju visoku poroznost i sposobnost sorpcije proizvedene od drva, ljuske kokosovog oraha, ugljena i češera itd. AC je jedan od često korištenih adsorbenata koji se koriste u raznim industrijama za uklanjanje brojnih zagađivača iz vodenih i zračnih tijela. Budući da je AC sintetiziran iz poljoprivrednih i otpadnih proizvoda, pokazao se kao odlična alternativa tradicionalno korištenim neobnovljivim i skupim izvorima. Za pripremu AC koriste se dva osnovna procesa, karbonizacija i aktivacija. U prvom procesu prekursori se podvrgavaju visokim temperaturama, između 400 i 850°C, kako bi se izbacile sve hlapljive komponente. Visoka povišena temperatura uklanja sve komponente bez ugljika iz prekursora kao što su vodik, kisik i dušik u obliku plinova i katrana. Ovaj proces proizvodi ugljen s visokim sadržajem ugljika, ali niskom površinom i poroznošću. Međutim, drugi korak uključuje aktivaciju prethodno sintetiziranog ugljena. Povećanje veličine pora tijekom procesa aktivacije može se kategorizirati u tri kategorije: otvaranje prethodno nedostupnih pora, razvoj novih pora selektivnom aktivacijom i širenje postojećih pora.
Obično se koriste dva pristupa, fizikalni i kemijski, za aktivaciju kako bi se dobila željena površina i poroznost. Fizička aktivacija uključuje aktivaciju karboniziranog ugljena pomoću oksidirajućih plinova kao što su zrak, ugljični dioksid i para na visokim temperaturama (između 650 i 900°C). Ugljični dioksid se obično preferira zbog njegove čiste prirode, jednostavnog rukovanja i kontroliranog procesa aktivacije oko 800°C. Visoka ujednačenost pora može se postići aktivacijom ugljičnim dioksidom u usporedbi s parom. Međutim, za fizičku aktivaciju, para je mnogo poželjnija u usporedbi s ugljičnim dioksidom budući da se AC može proizvesti s relativno velikom površinom. Zbog manje veličine molekule vode, njezina difuzija unutar strukture ugljena se odvija učinkovito. Utvrđeno je da je aktivacija parom oko dva do tri puta veća od ugljičnog dioksida uz isti stupanj pretvorbe.
Međutim, kemijski pristup uključuje miješanje prekursora s aktivacijskim agensima (NaOH, KOH i FeCl3, itd.). Ovi aktivacijski agensi djeluju kao oksidansi, kao i dehidrirajući agensi. U ovom pristupu, karbonizacija i aktivacija se provode istovremeno na relativno nižoj temperaturi 300-500°C u usporedbi s fizičkim pristupom. Kao rezultat toga, utječe na pirolitičku razgradnju, a potom rezultira širenjem poboljšane porozne strukture i visokim prinosom ugljika. Glavne prednosti kemijskog u odnosu na fizički pristup su zahtjevi za niskom temperaturom, strukture visoke mikroporoznosti, velika površina i minimizirano 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 nalaze različite sferne mikrodomene odgovorne za stvaranje mikropora. S druge strane, mezopore su razvijene u intermikrodomenskim regijama. Eksperimentalno su formirali aktivni ugljen iz smole na bazi fenola kemijskom (pomoću KOH) i fizičkom (pomoću pare) aktivacijom (slika 1). Rezultati su pokazali da AC sintetiziran aktivacijom KOH ima veliku površinu od 2878 m2/g u usporedbi s 2213 m2/g aktivacijom vodenom parom. Osim toga, pokazalo se da su drugi čimbenici kao što su veličina pora, površina, volumen mikropora i prosječna širina pora bolji u uvjetima aktiviranim KOH-om u usporedbi s aktiviranim parom.
Razlike između AC pripremljene aktivacijom vodenom parom (C6S9) i aktivacijom KOH (C6K9), objašnjene u smislu modela mikrostrukture.
Ovisno o veličini čestica i načinu pripreme, može se kategorizirati u tri vrste: pogonski AC, granulirani AC i kuglični AC. Powered AC se formira od finih granula veličine 1 mm s prosječnim rasponom promjera od 0,15-0,25 mm. Zrnati AC ima relativno veću veličinu i manju vanjsku površinu. Granularni AC se koristi za razne primjene u tekućoj i plinovitoj fazi, ovisno o njihovim omjerima dimenzija. Treća klasa: perle AC općenito se sintetiziraju iz naftne smole promjera u rasponu od 0,35 do 0,8 mm. Poznat je po visokoj mehaničkoj čvrstoći i niskom sadržaju prašine. Opsežno se koristi u primjenama s fluidiziranim slojem kao što je filtracija vode zbog svoje sferne strukture.
Vrijeme objave: 18. lipnja 2022