Активоване вугілля (АВ) належить до високовуглецевих матеріалів з високою пористістю та сорбційною здатністю, що виробляються з деревини, шкаралупи кокосових горіхів, вугілля, шишок тощо. АВ є одним з часто використовуваних адсорбентів, що використовуються в різних галузях промисловості для видалення численних забруднювачів з води та повітря. Оскільки АВ синтезується з сільськогосподарських продуктів та відходів, він виявився чудовою альтернативою традиційно використовуваним невідновлюваним та дорогим джерелам. Для отримання АВ використовуються два основні процеси: карбонізація та активація. У першому процесі прекурсори піддаються високим температурам, від 400 до 850°C, щоб видалити всі леткі компоненти. Висока підвищена температура видаляє всі невуглецеві компоненти з прекурсора, такі як водень, кисень та азот, у вигляді газів та смол. Цей процес утворює вугілля з високим вмістом вуглецю, але низькою площею поверхні та пористістю. Однак другий крок включає активацію раніше синтезованого вугілля. Збільшення розміру пор під час процесу активації можна розділити на три категорії: відкриття раніше недоступних пор, розвиток нових пор шляхом селективної активації та розширення існуючих пор.
Зазвичай для активації використовуються два підходи: фізичний та хімічний, щоб отримати бажану площу поверхні та пористість. Фізична активація включає активацію карбонізованого вугілля за допомогою окислювальних газів, таких як повітря, вуглекислий газ та пара, за високих температур (від 650 до 900°C). Вуглекислий газ зазвичай переважніший через його чисту природу, легкість обробки та контрольований процес активації близько 800°C. Високу однорідність пор можна досягти за допомогою активації вуглекислим газом порівняно з парою. Однак для фізичної активації пара є набагато кращою порівняно з вуглекислим газом, оскільки можна отримати повітряний кулю з відносно великою площею поверхні. Завдяки меншому розміру молекули води, її дифузія в структурі вугілля відбувається ефективно. Було виявлено, що активація парою приблизно в два-три рази вища, ніж активація вуглекислим газом з тим самим ступенем перетворення.
Однак, хімічний підхід передбачає змішування прекурсора з активуючими агентами (NaOH, KOH, FeCl3 тощо). Ці активуючі агенти діють як окислювачі, так і дегідратуючі агенти. У цьому підході карбонізація та активація проводяться одночасно при порівняно нижчій температурі 300-500°C порівняно з фізичним підходом. В результаті це впливає на піролітичне розкладання, що призводить до розширення покращеної пористої структури та високого виходу вуглецю. Основними перевагами хімічного підходу над фізичним є низька температурна вимога, висока мікропориста структура, велика площа поверхні та мінімізований час завершення реакції.
Перевагу методу хімічної активації можна пояснити на основі моделі, запропонованої Кімом та його колегами [1], згідно з якою в АУ виявлені різні сферичні мікродомени, відповідальні за утворення мікропор. З іншого боку, мезопори розвиваються в міжмікродоменних областях. Експериментально було показано, що активоване вугілля формували зі смоли на основі фенолу шляхом хімічної (з використанням KOH) та фізичної (з використанням пари) активації (Рисунок 1). Результати показали, що АУ, синтезований шляхом активації KOH, мав високу площу поверхні 2878 м²/г порівняно з 2213 м²/г при активації парою. Крім того, інші фактори, такі як розмір пор, площа поверхні, об'єм мікропор та середня ширина пор, виявилися кращими в умовах активації KOH порівняно з активацією парою.
Відмінності між AC, отриманим активацією парою (C6S9), та активацією KOH (C6K9) відповідно, пояснюються з точки зору моделі мікроструктури.
Залежно від розміру частинок та способу приготування, його можна розділити на три типи: механізований АК, гранульований АК та кульковий АК. Мережевий АК утворюється з дрібних гранул розміром 1 мм із середнім діапазоном діаметрів 0,15-0,25 мм. Гранульований АК має порівняно більший розмір і меншу площу зовнішньої поверхні. Гранульований АК використовується для різних застосувань у рідкій та газоподібній фазах залежно від співвідношення їх розмірів. Третій клас: кульковий АК зазвичай синтезується з нафтового пеку діаметром від 0,35 до 0,8 мм. Він відомий своєю високою механічною міцністю та низьким вмістом пилу. Він широко використовується в системах з псевдозрідженим шаром, таких як фільтрація води, завдяки своїй сферичній структурі.
Час публікації: 18 червня 2022 р.