Активоване вугілля (AC) відноситься до високовуглецевих матеріалів, що мають високу пористість і сорбційну здатність, виготовлену з деревини, шкаралупи кокосового горіха, вугілля та шишок тощо. AC є одним із часто використовуваних адсорбентів, які використовуються в різних галузях промисловості для видалення численних забруднюючих речовин. з водойм і повітря.Оскільки АС, синтезований із продуктів сільського господарства та відходів, виявився прекрасною альтернативою традиційно використовуваним невідновлюваним і дорогим джерелам.Для приготування АС використовуються два основних процеси: карбонізація та активація.У першому процесі прекурсори піддаються високій температурі, від 400 до 850°C, щоб видалити всі леткі компоненти.Висока підвищена температура видаляє всі невуглецеві компоненти з прекурсора, такі як водень, кисень і азот, у формі газів і смол.Цей процес дає вугілля з високим вмістом вуглецю, але з низькою площею поверхні та пористістю.Однак другий крок включає в себе активацію раніше синтезованого вугілля.Збільшення розміру пор під час процесу активації можна розділити на три категорії: відкриття раніше недоступних пор, розвиток нових пор шляхом вибіркової активації та розширення існуючих пор.
Зазвичай використовуються два підходи, фізичний і хімічний, для активації, щоб отримати бажану площу поверхні та пористість.Фізична активація включає в себе активацію карбонізованого вугілля за допомогою окислювальних газів, таких як повітря, вуглекислий газ і пара при високих температурах (між 650 і 900 °C).Вуглекислий газ зазвичай є кращим через його чисту природу, легкість у використанні та керований процес активації близько 800°C.Високу однорідність пор можна отримати за допомогою активації вуглекислого газу порівняно з парою.Однак для фізичної активації пара є набагато кращою порівняно з вуглекислим газом, оскільки можна виробляти змінний струм із відносно великою площею поверхні.Завдяки меншому розміру молекули води, її дифузія в структурі вугілля відбувається ефективно.Встановлено, що активація парою приблизно в два-три рази вища, ніж діоксид вуглецю з таким самим ступенем перетворення.
Однак хімічний підхід передбачає змішування прекурсора з активуючими агентами (NaOH, KOH, FeCl3 тощо).Ці активуючі агенти діють як окислювачі, а також як зневоднювачі.У цьому підході карбонізація та активація проводяться одночасно при порівняно нижчій температурі 300-500°C порівняно з фізичним підходом.Як наслідок, він впливає на піролітичний розклад, а потім призводить до розширення покращеної пористої структури та високого виходу вуглецю.Основними перевагами хімічного підходу над фізичним є низька температура, висока мікропористість структур, велика площа поверхні та мінімальний час завершення реакції.
Перевагу методу хімічної активації можна пояснити на основі моделі, запропонованої Кімом та його співробітниками [1], згідно з якою в АЦ знаходяться різні сферичні мікродомени, відповідальні за утворення мікропор.З іншого боку, мезопори розвиваються в міжмікродоменних областях.Експериментально вони утворили активоване вугілля зі смоли на основі фенолу шляхом хімічної (за допомогою KOH) і фізичної (за допомогою пари) активації (рис. 1).Результати показали, що AC, синтезований активацією КОН, мав високу площу поверхні 2878 м2/г порівняно з 2213 м2/г активацією водяною парою.Крім того, було виявлено, що інші фактори, такі як розмір пор, площа поверхні, об’єм мікропор і середня ширина пор, є кращими в умовах активації KOH порівняно з активацією парою.
Відмінності між AC, отриманим шляхом активації парою (C6S9) та активацією KOH (C6K9), відповідно, пояснюються з точки зору моделі мікроструктури.
Залежно від розміру частинок і методу приготування, його можна класифікувати на три типи: активний AC, гранульований AC і гранульований AC.Силовий АС формується з дрібних гранул розміром 1 мм із середнім діапазоном діаметрів 0,15-0,25 мм.Гранульований АС має порівняно більший розмір і меншу площу зовнішньої поверхні.Гранулят AC використовується для різноманітних застосувань у рідкій та газоподібній фазах залежно від співвідношення їхніх розмірів.Третій клас: кулька AC зазвичай синтезується з нафтового пеку діаметром від 0,35 до 0,8 мм.Він відомий своєю високою механічною міцністю та низьким вмістом пилу.Завдяки своїй сферичній структурі він широко використовується в системах із псевдозрідженим шаром, наприклад у фільтрації води.
Час публікації: 18 червня 2022 р