Активният въглен (AC) се отнася до силно въглеродните материали с висока порьозност и сорбционна способност, произведени от дърво, кокосови черупки, въглища и шишарки и др. AC е един от често използваните адсорбенти, използвани в различни индустрии за отстраняване на множество замърсители от водни и въздушни тела. Тъй като AC се синтезира от селскостопански и отпадъчни продукти, той се оказа чудесна алтернатива на традиционно използваните невъзобновяеми и скъпи източници. За получаването на AC се използват два основни процеса, карбонизация и активиране. При първия процес прекурсорите се подлагат на високи температури, между 400 и 850°C, за да се изгонят всички летливи компоненти. Високата повишена температура премахва всички невъглеродни компоненти от прекурсора като водород, кислород и азот под формата на газове и катрани. Този процес произвежда въглен с високо съдържание на въглерод, но ниска повърхностна площ и порьозност. Втората стъпка обаче включва активирането на предварително синтезиран овъглен. Увеличаването на размера на порите по време на процеса на активиране може да се категоризира в три: отваряне на по-рано недостъпни пори, развитие на нови пори чрез селективно активиране и разширяване на съществуващи пори.
Обикновено се използват два подхода, физичен и химичен, за активиране, за да се получи желаната повърхност и порьозност. Физическото активиране включва активирането на карбонизиран овъглен с помощта на окислителни газове като въздух, въглероден диоксид и пара при високи температури (между 650 и 900°C). Въглеродният диоксид обикновено се предпочита поради неговата чиста природа, лесна работа и контролируем процес на активиране около 800°C. Висока равномерност на порите може да се постигне с активиране с въглероден диоксид в сравнение с пара. Въпреки това, за физическо активиране парата е много по-предпочитана в сравнение с въглеродния диоксид, тъй като може да се произведе AC с относително голяма повърхност. Поради по-малкия размер на молекулата на водата, нейната дифузия в структурата на въглищата се осъществява ефективно. Установено е, че активирането чрез пара е около два до три пъти по-високо от въглеродния диоксид при същата степен на превръщане.
Химичният подход обаче включва смесване на прекурсор с активиращи агенти (NaOH, KOH и FeCl3 и др.). Тези активиращи агенти действат като окислители, както и дехидратиращи агенти. При този подход карбонизацията и активирането се извършват едновременно при сравнително по-ниска температура 300-500°C в сравнение с физическия подход. В резултат на това той въздейства върху пиролитното разлагане и след това води до разширяване на подобрена пореста структура и висок добив на въглерод. Основните предимства на химическия пред физическия подход са изискването за ниска температура, структура с висока микропорьозност, голяма повърхностна площ и сведено до минимум време за завършване на реакцията.
Превъзходството на метода на химическо активиране може да се обясни на базата на модел, предложен от Ким и неговите колеги [1], според който различни сферични микродомени, отговорни за образуването на микропори, се намират в AC. От друга страна, мезопорите се развиват в междумикродоменните области. Експериментално те образуват активен въглен от смола на основата на фенол чрез химическо (с помощта на КОН) и физическо (използвайки пара) активиране (Фигура 1). Резултатите показват, че АС, синтезиран чрез активиране на KOH, притежава голяма повърхностна площ от 2878 m2/g в сравнение с 2213 m2/g чрез активиране с пара. Освен това други фактори, като размер на порите, повърхностна площ, обем на микропорите и средна ширина на порите, се оказаха по-добри при КОН-активирани условия в сравнение с активирани с пара.
Разлики между AC, получен от активиране с пара (C6S9) и KOH активиране (C6K9), съответно, обяснени от гледна точка на модел на микроструктура.
В зависимост от размера на частиците и метода на приготвяне, той може да бъде категоризиран в три типа: захранван AC, гранулиран AC и гранулиран AC. Powered AC се формира от фини гранули с размер 1 mm със среден диаметър от 0,15-0,25 mm. Гранулираният AC има сравнително по-голям размер и по-малка външна повърхност. Гранулираният променлив ток се използва за различни приложения в течна фаза и газообразна фаза в зависимост от техните съотношения на размерите. Трети клас: гранулата AC обикновено се синтезира от петролна смола с диаметър от 0,35 до 0,8 mm. Известен е със своята висока механична якост и ниско съдържание на прах. Той се използва широко в приложения с кипящ слой, като филтриране на вода, поради своята сферична структура.
Време на публикуване: 18 юни 2022 г