فرآیندهای تولید کربن فعال

فرآیند پردازش کربن فعال معمولاً شامل کربن‌سازی و سپس فعال‌سازی مواد کربنی با منشأ گیاهی است. کربنیزاسیون یک عملیات حرارتی در دمای 400-800 درجه سانتیگراد است که با به حداقل رساندن محتوای مواد فرار و افزایش محتوای کربن مواد، مواد خام را به کربن تبدیل می کند. این باعث افزایش استحکام مواد و ایجاد یک ساختار متخلخل اولیه می شود که در صورت فعال شدن کربن ضروری است. تنظیم شرایط کربنیزاسیون می تواند محصول نهایی را به طور قابل توجهی تحت تاثیر قرار دهد. افزایش دمای کربنیزاسیون، واکنش پذیری را افزایش می دهد، اما در عین حال حجم منافذ موجود را کاهش می دهد. این کاهش حجم منافذ به دلیل افزایش تراکم مواد در دماهای بالاتر کربنیزاسیون است که باعث افزایش مقاومت مکانیکی می شود. بنابراین، انتخاب دمای صحیح فرآیند بر اساس محصول مورد نظر کربنیزاسیون مهم می شود.

این اکسیدها از کربن منتشر می شوند و منجر به گاز شدن جزئی می شود که منافذی را که قبلا بسته بودند باز می کند و ساختار متخلخل داخلی کربن را بیشتر توسعه می دهد. در فعال‌سازی شیمیایی، کربن در دماهای بالا با یک عامل آب‌گیری واکنش داده می‌شود که اکثر هیدروژن و اکسیژن را از ساختار کربن حذف می‌کند. فعال‌سازی شیمیایی اغلب مراحل کربن‌سازی و فعال‌سازی را با هم ترکیب می‌کند، اما این دو مرحله ممکن است بسته به فرآیند به طور جداگانه انجام شوند. سطوح بالای بیش از 3000 متر مربع در گرم هنگام استفاده از KOH به عنوان یک عامل فعال کننده شیمیایی یافت شده است.

کربن فعال از مواد اولیه مختلف

کربن فعال علاوه بر اینکه یک جاذب برای اهداف مختلف است، می‌تواند از مواد خام مختلف زیادی تولید شود، که آن را به محصولی فوق‌العاده همه‌کاره تبدیل می‌کند که بسته به مواد اولیه موجود می‌تواند در مناطق مختلف تولید شود. برخی از این مواد عبارتند از پوسته گیاهان، هسته میوه ها، مواد چوبی، آسفالت، کاربیدهای فلزی، کربن سیاه، رسوبات ضایعات فاضلاب و ضایعات پلیمری. انواع مختلف زغال سنگ، که در حال حاضر به شکل 5 کربنه با ساختار منافذ توسعه یافته وجود دارد، می توانند برای ایجاد کربن فعال بیشتر پردازش شوند. اگرچه کربن فعال را می توان تقریباً از هر ماده خامی تولید کرد، اما تولید کربن فعال از مواد زائد مقرون به صرفه ترین و از نظر زیست محیطی آگاهانه است. کربن فعال تولید شده از پوسته نارگیل نشان داده شده است که دارای حجم بالایی از ریز منافذ است که آنها را به رایج ترین ماده خام مورد استفاده برای کاربردهایی که ظرفیت جذب بالایی نیاز است تبدیل می کند. خاک اره و سایر مواد ضایعات چوبی نیز حاوی ساختارهای ریز متخلخل قوی هستند که برای جذب از فاز گاز مناسب هستند. تولید کربن فعال از سنگ های زیتون، آلو، زردآلو و هلو، جاذب های بسیار همگن با سختی قابل توجه، مقاومت در برابر سایش و حجم ریز منافذ بالا به دست می دهد. ضایعات PVC را می توان در صورتی فعال کرد که HCl از قبل حذف شود و منجر به کربن فعال می شود که جاذب خوبی برای متیلن بلو است. کربن فعال حتی از ضایعات لاستیک تولید شده است. به منظور تمایز بین طیف وسیعی از پیش سازهای ممکن، ارزیابی خواص فیزیکی حاصل پس از فعال سازی ضروری است. هنگام انتخاب یک پیش ساز، ویژگی های زیر اهمیت دارند: سطح ویژه منافذ، حجم منافذ و توزیع حجم منافذ، ترکیب و اندازه دانه ها، و ساختار شیمیایی / ویژگی سطح کربن.

انتخاب پیش ساز مناسب برای کاربرد مناسب بسیار مهم است زیرا تنوع مواد پیش ساز امکان کنترل ساختار منافذ کربن را فراهم می کند. پیش سازهای مختلف حاوی مقادیر متفاوتی از درشت منافذ (بیش از 50 نانومتر) هستند که 6 واکنش پذیری آنها را تعیین می کنند. این درشت منافذ برای جذب موثر نیستند، اما وجود آنها کانال های بیشتری را برای ایجاد ریز منافذ در طول فعال سازی می دهد. علاوه بر این، درشت منافذ مسیرهای بیشتری را برای مولکول های جذب شده برای رسیدن به ریز منافذ در طول جذب فراهم می کنند.