Procedura przetwarzania węgla aktywowanego zazwyczaj składa się z karbonizacji, po której następuje aktywacja materiału węglowego pochodzenia roślinnego. Karbonizacja to obróbka cieplna w temperaturze 400–800°C, która przekształca surowce w węgiel poprzez minimalizowanie zawartości substancji lotnych i zwiększanie zawartości węgla w materiale. Zwiększa to wytrzymałość materiałów i tworzy początkową porowatą strukturę, która jest konieczna, aby węgiel został aktywowany. Dostosowanie warunków karbonizacji może znacząco wpłynąć na produkt końcowy. Zwiększona temperatura karbonizacji zwiększa reaktywność, ale jednocześnie zmniejsza objętość obecnych porów. Ta zmniejszona objętość porów jest spowodowana wzrostem kondensacji materiału w wyższych temperaturach karbonizacji, co powoduje wzrost wytrzymałości mechanicznej. Dlatego też ważne jest, aby wybrać właściwą temperaturę procesu w oparciu o pożądany produkt karbonizacji.
Tlenki te dyfundują z węgla, co powoduje częściowe zgazowanie, które otwiera pory, które były wcześniej zamknięte i dalej rozwija wewnętrzną porowatą strukturę węgla. W aktywacji chemicznej węgiel reaguje w wysokich temperaturach z czynnikiem odwadniającym, który eliminuje większość wodoru i tlenu ze struktury węgla. Aktywacja chemiczna często łączy etap karbonizacji i aktywacji, ale te dwa etapy mogą nadal występować oddzielnie w zależności od procesu. Duże powierzchnie przekraczające 3000 m2/g zostały znalezione przy użyciu KOH jako chemicznego środka aktywującego.
Węgiel aktywowany z różnych surowców.
Oprócz tego, że jest adsorbentem używanym do wielu różnych celów, węgiel aktywowany może być produkowany z bogactwa różnych surowców, co czyni go niezwykle wszechstronnym produktem, który może być produkowany w wielu różnych obszarach, w zależności od tego, jaki surowiec jest dostępny. Niektóre z tych materiałów obejmują skorupy roślin, pestki owoców, materiały drzewne, asfalt, węgliki metali, sadzę, złomowe osady odpadowe ze ścieków i złom polimerowy. Różne rodzaje węgla, które już istnieją w formie 5-węglowej z rozwiniętą strukturą porów, mogą być dalej przetwarzane w celu wytworzenia węgla aktywowanego. Chociaż węgiel aktywowany można produkować z niemal każdego surowca, najbardziej opłacalne i przyjazne dla środowiska jest wytwarzanie węgla aktywowanego z materiałów odpadowych. Wykazano, że węgle aktywowane produkowane z łupin orzechów kokosowych mają dużą objętość mikroporów, co czyni je najczęściej używanym surowcem do zastosowań, w których wymagana jest wysoka zdolność adsorpcji. Trociny i inne materiały ze złomu drzewnego również zawierają silnie rozwinięte struktury mikroporowate, które są dobre do adsorpcji z fazy gazowej. Produkcja węgla aktywowanego z pestek oliwek, śliwek, moreli i brzoskwiń daje wysoce jednorodne adsorbenty o znacznej twardości, odporności na ścieranie i dużej objętości mikroporów. Złom PVC można aktywować, jeśli wcześniej usunie się HCl, co daje węgiel aktywowany, który jest dobrym adsorbentem dla błękitu metylenowego. Węgle aktywowane były nawet produkowane ze złomu opon. Aby rozróżnić szeroki zakres możliwych prekursorów, konieczna staje się ocena uzyskanych właściwości fizycznych po aktywacji. Przy wyborze prekursora ważne są następujące właściwości: powierzchnia właściwa porów, objętość porów i rozkład objętości porów, skład i wielkość granulek oraz struktura chemiczna/charakter powierzchni węgla.
Wybór właściwego prekursora do właściwego zastosowania jest bardzo ważny, ponieważ zmienność materiałów prekursorowych pozwala kontrolować strukturę porów węgla. Różne prekursory zawierają różną ilość makroporów (> 50 nm), które 6 określają ich reaktywność. Te makropory nie są skuteczne w adsorpcji, ale ich obecność umożliwia więcej kanałów do tworzenia mikroporów podczas aktywacji. Ponadto makropory zapewniają więcej ścieżek dla cząsteczek adsorbatu, aby dotrzeć do mikroporów podczas adsorpcji.
Czas publikacji: 01-kwi-2022