Az aktív szén (AC) a fából, kókuszdióhéjból, szénből és kúpokból stb. előállított, nagy porozitású és szorpciós képességű, erősen széntartalmú anyagokra utal. Az AC az egyik gyakran használt adszorbens, amelyet a különböző iparágakban számos szennyező anyag eltávolítására használnak a vízből és a levegőből. Mivel az AC-t mezőgazdasági és hulladéktermékekből szintetizálják, nagyszerű alternatívának bizonyult a hagyományosan használt nem megújuló és drága forrásokkal szemben. Az AC előállításához két alapvető folyamatot alkalmaznak: a karbonizálást és az aktiválást. Az első folyamatban a prekurzorokat magas, 400 és 850 °C közötti hőmérsékletnek teszik ki, hogy az összes illékony komponenst eltávolítsák. A magas hőmérséklet eltávolítja az összes nem szén komponenst a prekurzorból, például a hidrogént, az oxigént és a nitrogént gázok és kátrányok formájában. Ez a folyamat magas széntartalmú, de alacsony felületű és porozitású szenet eredményez. A második lépés azonban a korábban szintetizált szén aktiválását foglalja magában. Az aktiválási folyamat során a pórusméret-növekedés három kategóriába sorolható: korábban hozzáférhetetlen pórusok megnyitása, új pórusok fejlődése szelektív aktiválással, és a meglévő pórusok kiszélesítése.
Az aktiváláshoz általában két megközelítést alkalmaznak, fizikait és kémiait a kívánt felület és porozitás eléréséhez. A fizikai aktiválás magában foglalja az elszenesedett char aktiválását oxidáló gázokkal, például levegővel, szén-dioxiddal és gőzzel, magas hőmérsékleten (650 és 900 °C között). A szén-dioxidot általában tisztasága, könnyű kezelhetősége és 800 °C körüli szabályozható aktiválási folyamata miatt részesítik előnyben. A szén-dioxid aktiválásával nagy pórussűrűség érhető el a gőzhöz képest. A fizikai aktiváláshoz azonban a gőz sokkal előnyösebb a szén-dioxiddal szemben, mivel viszonylag nagy felületű szén-dioxid állítható elő. A víz kisebb molekulamérete miatt a diffúziója a char szerkezetén belül hatékonyan történik. A gőzzel történő aktiválás körülbelül két-háromszor nagyobb, mint az azonos konverziós fokú szén-dioxid aktiválása.
A kémiai megközelítés azonban magában foglalja a prekurzor és az aktiváló szerek (NaOH, KOH és FeCl3 stb.) összekeverését. Ezek az aktiváló szerek oxidálószerként és dehidratálószerként is működnek. Ebben a megközelítésben a karbonizálást és az aktiválást egyidejűleg hajtják végre, viszonylag alacsonyabb, 300-500°C-os hőmérsékleten, a fizikai megközelítéshez képest. Ennek eredményeként pirolitikus bomlás következik be, ami javított porózus szerkezet tágulásához és magas szénhozamhoz vezet. A kémiai megközelítés fő előnyei a fizikai megközelítéssel szemben az alacsony hőmérsékleti követelmény, a nagy mikroporozitású szerkezetek, a nagy felület és a minimalizált reakcióidő.
A kémiai aktiválási módszer fölénye Kim és munkatársai [1] által javasolt modellel magyarázható, amely szerint az AC-ben különféle gömb alakú mikrodomének találhatók, amelyek a mikropórusok képződéséért felelősek. Másrészt mezopórusok fejlődnek az intermikrodomén régiókban. Kísérletileg fenol alapú gyantából kémiai (KOH felhasználásával) és fizikai (gőz felhasználásával) aktiválással aktív szenet állítottak elő (1. ábra). Az eredmények azt mutatták, hogy a KOH aktiválással szintetizált AC nagy, 2878 m2/g felülettel rendelkezett, szemben a gőzaktiválással kapott 2213 m2/g-mal. Ezenkívül más tényezők, mint a pórusméret, a felület, a mikropórus térfogata és az átlagos pórusszélesség is jobbnak bizonyultak KOH-val aktivált körülmények között a gőzaktiváláshoz képest.
A gőzaktiválással (C6S9) és a KOH-aktiválással (C6K9) előállított AC közötti különbségek mikroszerkezeti modellel magyarázva.
A részecskemérettől és az előállítási módszertől függően három típusba sorolható: motoros AC, granulált AC és gyöngyös AC. A motoros AC 1 mm-es finom szemcsékből képződik, átlagos átmérőjük 0,15-0,25 mm. A granulált AC mérete viszonylag nagyobb és külső felülete kisebb. A granulált AC-t különféle folyékony és gázfázisú alkalmazásokhoz használják, méretarányuktól függően. Harmadik osztály: a gyöngyös AC-t általában kőolajszurokból szintetizálják, 0,35-0,8 mm átmérőjű. Nagy mechanikai szilárdságáról és alacsony portartalmáról ismert. Gömb alakú szerkezete miatt széles körben használják fluidágyas alkalmazásokban, például vízszűrésben.
Közzététel ideje: 2022. június 18.