Aktivni ugalj (AC) odnosi se na visoko ugljične materijale s visokom poroznošću i sorpcijskom sposobnošću, proizvedene od drveta, kokosovih ljuski, uglja, šišarki itd. AC je jedan od često korištenih adsorbenata koji se koriste u raznim industrijama za uklanjanje brojnih zagađivača iz vode i zraka. Budući da se AC sintetizira iz poljoprivrednih i otpadnih proizvoda, pokazao se kao odlična alternativa tradicionalno korištenim neobnovljivim i skupim izvorima. Za pripremu AC-a koriste se dva osnovna procesa, karbonizacija i aktivacija. U prvom procesu, prekursori se podvrgavaju visokim temperaturama, između 400 i 850°C, kako bi se izbacile sve isparljive komponente. Visoka povišena temperatura uklanja sve neugljične komponente iz prekursora, poput vodika, kisika i dušika, u obliku plinova i katrana. Ovaj proces proizvodi ugalj s visokim sadržajem ugljika, ali niskom površinom i poroznošću. Međutim, drugi korak uključuje aktivaciju prethodno sintetiziranog uglja. Povećanje veličine pora tokom procesa aktivacije može se podijeliti u tri kategorije: otvaranje prethodno nedostupnih pora, razvoj novih pora selektivnom aktivacijom i proširenje postojećih pora.
Obično se za aktivaciju koriste dva pristupa, fizički i hemijski, kako bi se dobila željena površina i poroznost. Fizička aktivacija uključuje aktivaciju karboniziranog ugljena korištenjem oksidirajućih plinova poput zraka, ugljičnog dioksida i pare na visokim temperaturama (između 650 i 900°C). Ugljični dioksid se obično preferira zbog svoje čiste prirode, jednostavnog rukovanja i kontroliranog procesa aktivacije oko 800°C. Visoka ujednačenost pora može se postići aktivacijom ugljičnim dioksidom u usporedbi s parom. Međutim, za fizičku aktivaciju, para je mnogo poželjnija u usporedbi s ugljičnim dioksidom jer se može proizvesti AC s relativno velikom površinom. Zbog manje veličine molekula vode, njena difuzija unutar strukture ugljena odvija se efikasno. Utvrđeno je da je aktivacija parom oko dva do tri puta veća od aktivacije ugljičnim dioksidom s istim stupnjem konverzije.
Međutim, hemijski pristup uključuje miješanje prekursora sa aktivirajućim sredstvima (NaOH, KOH i FeCl3, itd.). Ova aktivirajuća sredstva djeluju kao oksidansi, kao i kao dehidratacijska sredstva. U ovom pristupu, karbonizacija i aktivacija se provode istovremeno na relativno nižoj temperaturi od 300-500°C u poređenju sa fizičkim pristupom. Kao rezultat toga, utiče se na pirolitičku razgradnju, a zatim dolazi do širenja poboljšane porozne strukture i visokog prinosa ugljika. Glavne prednosti hemijskog u odnosu na fizički pristup su niska temperatura, struktura visoke mikroporoznosti, velika površina i minimizirano vrijeme završetka reakcije.
Superiornost metode hemijske aktivacije može se objasniti na osnovu modela koji su predložili Kim i njegovi saradnici [1], prema kojem se u AC-u nalaze različiti sferni mikrodomeni odgovorni za formiranje mikropora. S druge strane, mezopore se razvijaju u intermikrodomenskim regijama. Eksperimentalno, formirali su aktivni ugalj iz smole na bazi fenola hemijskom (korištenjem KOH) i fizičkom (korištenjem pare) aktivacijom (Slika 1). Rezultati su pokazali da AC sintetiziran KOH aktivacijom posjeduje veliku površinu od 2878 m2/g u poređenju sa 2213 m2/g aktivacijom parom. Pored toga, utvrđeno je da su i drugi faktori poput veličine pora, površine, volumena mikropora i prosječne širine pora bolji u uslovima aktiviranim KOH-om u poređenju sa aktivacijom parom.
Razlike između AC pripremljenog aktivacijom parom (C6S9) i KOH aktivacijom (C6K9), objašnjene u smislu modela mikrostrukture.
Ovisno o veličini čestica i načinu pripreme, može se podijeliti u tri vrste: pogonski AC, granularni AC i kuglični AC. Pogonski AC se formira od finih granula veličine 1 mm sa prosječnim rasponom promjera od 0,15-0,25 mm. Granulirani AC ima relativno veću veličinu i manju vanjsku površinu. Granulirani AC se koristi za različite primjene u tečnoj i gasovitoj fazi, ovisno o njihovim odnosima dimenzija. Treća klasa: kuglični AC se uglavnom sintetizira iz naftne smole s promjerom u rasponu od 0,35 do 0,8 mm. Poznat je po svojoj visokoj mehaničkoj čvrstoći i niskom sadržaju prašine. Široko se koristi u primjenama fluidiziranog sloja kao što je filtracija vode zbog svoje sferne strukture.
Vrijeme objave: 18. juni 2022.