Geaktiveerde koolstof (AS) verwys na die hoogs koolstofhoudende materiale met hoë porositeit en sorpsievermoë wat geproduseer word uit hout, klapperdoppe, steenkool en keëls, ens. AS is een van die mees gebruikte adsorbente wat in verskeie nywerhede gebruik word vir die verwydering van talle besoedelingstowwe uit water en lug. Aangesien AS gesintetiseer word uit landbou- en afvalprodukte, het dit bewys dat dit 'n goeie alternatief is vir die tradisioneel gebruikte nie-hernubare en duur bronne. Vir die voorbereiding van AS word twee basiese prosesse, karbonisering en aktivering, gebruik. In die eerste proses word voorlopers aan hoë temperature, tussen 400 en 850°C, onderwerp om al die vlugtige komponente uit te dryf. Hoë, verhoogde temperatuur verwyder alle nie-koolstofkomponente uit die voorloper, soos waterstof, suurstof en stikstof in die vorm van gasse en teer. Hierdie proses produseer houtskool met 'n hoë koolstofinhoud, maar 'n lae oppervlakarea en porositeit. Die tweede stap behels egter die aktivering van voorheen gesintetiseerde houtskool. Poriegrootteverbetering tydens die aktiveringsproses kan in drie kategorieëer word: die opening van voorheen ontoeganklike porieë, nuwe porie-ontwikkeling deur selektiewe aktivering, en die verbreding van bestaande porieë.
Gewoonlik word twee benaderings, fisies en chemies, gebruik vir aktivering om die verlangde oppervlakarea en porositeit te verkry. Fisiese aktivering behels die aktivering van gekarboniseerde houtskool met behulp van oksiderende gasse soos lug, koolstofdioksied en stoom by hoë temperature (tussen 650 en 900°C). Koolstofdioksied word gewoonlik verkies vanweë sy suiwer aard, maklike hantering en beheerbare aktiveringsproses rondom 800°C. Hoë porie-uniformiteit kan verkry word met koolstofdioksiedaktivering in vergelyking met stoom. Vir fisiese aktivering word stoom egter baie verkies in vergelyking met koolstofdioksied, aangesien AC met 'n relatief hoë oppervlakarea geproduseer kan word. As gevolg van die kleiner molekulegrootte van water, vind die diffusie daarvan binne die houtskool se struktuur doeltreffend plaas. Aktivering deur stoom is gevind om ongeveer twee tot drie keer hoër te wees as koolstofdioksied met dieselfde mate van omskakeling.
Die chemiese benadering behels egter die vermenging van die voorloper met aktiveringsmiddels (NaOH, KOH, en FeCl3, ens.). Hierdie aktiveringsmiddels tree op as oksidante sowel as dehidreringsmiddels. In hierdie benadering word karbonisering en aktivering gelyktydig uitgevoer teen 'n relatief laer temperatuur van 300-500°C in vergelyking met die fisiese benadering. Gevolglik beïnvloed dit die pirolitiese ontbinding en lei dit dan tot die uitbreiding van 'n verbeterde poreuse struktuur en 'n hoë koolstofopbrengs. Die belangrikste voordele van die chemiese benadering bo die fisiese benadering is die lae temperatuurvereiste, hoë mikroporositeitsstrukture, groot oppervlakarea en geminimaliseerde reaksievoltooiingstyd.
Die superioriteit van die chemiese aktiveringsmetode kan verklaar word aan die hand van 'n model wat deur Kim en sy medewerkers [1] voorgestel is, waarvolgens verskeie sferiese mikrodomeine wat verantwoordelik is vir die vorming van mikroporieë in die AC gevind word. Aan die ander kant word mesoporieë in die intermikrodomeinstreke ontwikkel. Eksperimenteel het hulle geaktiveerde koolstof uit fenol-gebaseerde hars gevorm deur chemiese (met behulp van KOH) en fisiese (met behulp van stoom) aktivering (Figuur 1). Resultate het getoon dat AC wat deur KOH-aktivering gesintetiseer is, 'n hoë oppervlakarea van 2878 m2/g besit het in vergelyking met 2213 m2/g deur stoomaktivering. Daarbenewens is ander faktore soos poriegrootte, oppervlakarea, mikroporievolume en gemiddelde poriewydte almal beter gevind in KOH-geaktiveerde toestande in vergelyking met stoomgeaktiveerde toestande.
Verskille tussen onderskeidelik WS voorberei uit stoomaktivering (C6S9) en KOH-aktivering (C6K9), verduidelik in terme van 'n mikrostruktuurmodel.
Afhangende van die deeltjiegrootte en metode van voorbereiding, kan dit in drie tipes gekategoriseer word: aangedrewe WS, korrelrige WS en kraal-WS. Aangedrewe WS word gevorm uit fyn korrels met 'n grootte van 1 mm met 'n gemiddelde deursnee van 0.15-0.25 mm. Granulêre WS het 'n relatief groter grootte en 'n kleiner eksterne oppervlakarea. Granulêre WS word gebruik vir verskeie vloeibare fase- en gasfase-toepassings, afhangende van hul dimensieverhoudings. Derde klas: kraal-WS word gewoonlik gesintetiseer uit die petroleumpek met 'n deursnee wat wissel van 0.35 tot 0.8 mm. Dit is bekend vir sy hoë meganiese sterkte en lae stofinhoud. Dit word wyd gebruik in vloeibare bed-toepassings soos waterfiltrering as gevolg van sy sferiese struktuur.
Plasingstyd: 18 Junie 2022