Aktivt karbon (AC) refererer til materialer med høy karboninnhold med høy porøsitet og sorpsjonsevne, produsert fra tre, kokosnøttskall, kull og kongler, osv. AC er et av de ofte brukte adsorbentene som brukes i ulike industrier for å fjerne en rekke forurensende stoffer fra vann og luft. Siden AC syntetisert fra landbruks- og avfallsprodukter, har det vist seg å være et godt alternativ til tradisjonelt brukte ikke-fornybare og dyre kilder. For fremstilling av AC brukes to grunnleggende prosesser, karbonisering og aktivering. I den første prosessen utsettes forløperne for høye temperaturer, mellom 400 og 850 °C, for å fjerne alle flyktige komponenter. Høy forhøyet temperatur fjerner alle ikke-karbonkomponenter fra forløperen, som hydrogen, oksygen og nitrogen i form av gasser og tjære. Denne prosessen produserer trekull med høyt karboninnhold, men lavt overflateareal og porøsitet. Det andre trinnet involverer imidlertid aktivering av tidligere syntetisert trekull. Forbedring av porestørrelse under aktiveringsprosessen kan kategoriseres i tre: åpning av tidligere utilgjengelige porer, ny poreutvikling ved selektiv aktivering og utvidelse av eksisterende porer.
Vanligvis brukes to tilnærminger, fysisk og kjemisk, for aktivering for å oppnå ønsket overflateareal og porøsitet. Fysisk aktivering innebærer aktivering av karbonisert trekull ved hjelp av oksiderende gasser som luft, karbondioksid og damp ved høye temperaturer (mellom 650 og 900 °C). Karbondioksid er vanligvis foretrukket på grunn av sin rene natur, enkle håndtering og kontrollerbare aktiveringsprosess rundt 800 °C. Høy poreuniformitet kan oppnås med karbondioksidaktivering sammenlignet med damp. For fysisk aktivering er imidlertid damp mye foretrukket sammenlignet med karbondioksid, siden vekselstrøm med relativt høyt overflateareal kan produseres. På grunn av den mindre molekylstørrelsen til vann, skjer diffusjonen i trekullens struktur effektivt. Aktivering med damp har vist seg å være rundt to til tre ganger høyere enn karbondioksid med samme omdanningsgrad.
Kjemisk tilnærming innebærer imidlertid blanding av forløperen med aktiveringsmidler (NaOH, KOH og FeCl3, etc.). Disse aktiveringsmidlene fungerer som oksidasjonsmidler så vel som dehydreringsmidler. I denne tilnærmingen utføres karbonisering og aktivering samtidig ved en forholdsvis lavere temperatur på 300–500 °C sammenlignet med den fysiske tilnærmingen. Som et resultat påvirker det den pyrolytiske nedbrytningen, og resulterer dermed i utvidelse av forbedret porøs struktur og høyt karbonutbytte. De viktigste fordelene med kjemisk fremfor fysisk tilnærming er kravet til lav temperatur, strukturer med høy mikroporøsitet, stort overflateareal og minimert reaksjonstid.
Overlegenheten til kjemisk aktiveringsmetoden kan forklares basert på en modell foreslått av Kim og hans kolleger [1], der ulike sfæriske mikrodomener som er ansvarlige for dannelsen av mikroporer, finnes i AC. På den annen side utvikles mesoporer i regionene mellom mikrodomenene. Eksperimentelt dannet de aktivert karbon fra fenolbasert harpiks ved kjemisk (ved bruk av KOH) og fysisk (ved bruk av damp) aktivering (figur 1). Resultatene viste at AC syntetisert ved KOH-aktivering hadde et høyt overflateareal på 2878 m²/g sammenlignet med 2213 m²/g ved dampaktivering. I tillegg ble andre faktorer som porestørrelse, overflateareal, mikroporevolum og gjennomsnittlig porebredde funnet å være bedre under KOH-aktiverte forhold sammenlignet med dampaktivert.
Forskjeller mellom henholdsvis AC fremstilt fra dampaktivering (C6S9) og KOH-aktivering (C6K9), forklart i form av mikrostrukturmodell.
Avhengig av partikkelstørrelse og fremstillingsmetode, kan den deles inn i tre typer: drevet vekselstrøm, granulær vekselstrøm og perle-vekselstrøm. Drevet vekselstrøm dannes av fine granuler med en størrelse på 1 mm med en gjennomsnittlig diameter på 0,15–0,25 mm. Granulær vekselstrøm har en relativt større størrelse og et mindre utvendig overflateareal. Granulær vekselstrøm brukes til forskjellige applikasjoner i flytende fase og gassfase, avhengig av dimensjonsforholdene. Tredje klasse: perle-vekselstrøm syntetiseres vanligvis fra petroleumsbek med en diameter fra 0,35 til 0,8 mm. Den er kjent for sin høye mekaniske styrke og lave støvinnhold. Den brukes mye i fluidiserte sjiktapplikasjoner som vannfiltrering på grunn av sin sfæriske struktur.
Publisert: 18. juni 2022