Активният въглен (АК) се отнася до силно въглеродни материали с висока порьозност и сорбционна способност, получени от дървесина, кокосови черупки, въглища, шишарки и др. АК е един от често използваните адсорбенти, използвани в различни индустрии за отстраняване на множество замърсители от водните и въздушните басейни. Тъй като АК се синтезира от селскостопански и отпадъчни продукти, той се е доказал като чудесна алтернатива на традиционно използваните невъзобновяеми и скъпи източници. За получаването на АК се използват два основни процеса - карбонизация и активиране. В първия процес прекурсорите се подлагат на високи температури, между 400 и 850°C, за да се отстранят 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 с ниска повърхност и порьозност. Втората стъпка обаче включва активиране на предварително синтезиран въглен. Увеличаването на размера на порите по време на процеса на активиране може да се категоризира в три категории: отваряне на преди това недостъпни пори, развитие на нови пори чрез селективно активиране и разширяване на съществуващите пори.
Обикновено се използват два подхода - физичен и химичен, за активиране, за да се получи желаната повърхност и порьозност. Физическото активиране включва активиране на карбонизиран въглен с помощта на окислителни газове като въздух, въглероден диоксид и пара при високи температури (между 650 и 900°C). Въглеродният диоксид обикновено е предпочитан поради чистата си природа, лесното боравене и контролируемия процес на активиране около 800°C. Висока еднородност на порите може да се постигне с активиране с въглероден диоксид в сравнение с парата. Въпреки това, за физическо активиране парата е много по-предпочитана в сравнение с въглеродния диоксид, тъй като може да се получи климатик с относително голяма повърхност. Поради по-малкия размер на молекулата на водата, нейната дифузия в структурата на въглена протича ефективно. Установено е, че активирането с пара е около два до три пъти по-високо от това с въглероден диоксид със същата степен на преобразуване.
Химичният подход обаче включва смесване на прекурсора с активиращи агенти (NaOH, KOH, FeCl3 и др.). Тези активиращи агенти действат като окислители, както и като дехидратиращи агенти. При този подход карбонизацията и активирането се извършват едновременно при сравнително по-ниска температура от 300-500°C в сравнение с физическия подход. В резултат на това се осъществява пиролизно разлагане и оттам се получава разширяване на порестата структура и висок добив на въглерод. Основните предимства на химичния пред физическия подход са изискването за ниска температура, структурите с висока микропорестост, голямата повърхност и минимизираното време за завършване на реакцията.
Превъзходството на метода на химическо активиране може да се обясни въз основа на модел, предложен от Ким и неговите колеги [1], според който в АВ се откриват различни сферични микродомени, отговорни за образуването на микропори. От друга страна, мезопорите се развиват в междумикродоменните области. Експериментално, те образуват активен въглен от фенолна смола чрез химическо (с помощта на KOH) и физическо (с помощта на пара) активиране (Фигура 1). Резултатите показват, че АВ, синтезиран чрез активиране с KOH, притежава висока 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 оказват по-добри при условия на активиране с KOH в сравнение с активиране с пара.
Разликите между AC, приготвен чрез активиране с пара (C6S9) и KOH активиране (C6K9), съответно, обяснени от гледна точка на микроструктурния модел.
В зависимост от размера на частиците и метода на приготвяне, той може да бъде категоризиран в три вида: механизиран АК, гранулиран АК и перлен АК. Механичният АК се образува от фини гранули с размер 1 mm със среден диаметър от 0,15 до 0,25 mm. Гранулираният АК има сравнително по-голям размер и по-малка външна повърхност. Гранулираният АК се използва за различни приложения в течна и газообразна фаза, в зависимост от съотношението на техните размери. Трети клас: перленият АК обикновено се синтезира от нефтена смола с диаметър от 0,35 до 0,8 mm. Известен е с високата си механична якост и ниско съдържание на прах. Широко се използва в приложения с флуидизиран слой, като например филтриране на вода, поради сферичната си структура.
Време на публикуване: 18 юни 2022 г.