Aktivt kol (AC) avser material med hög kolhalt och hög porositet och sorptionsförmåga som produceras från trä, kokosnötskal, kol och kottar etc. AC är ett av de ofta använda adsorbenterna som används i olika industrier för att avlägsna många föroreningar från vatten och luft. Eftersom AC syntetiseras från jordbruks- och avfallsprodukter har det visat sig vara ett utmärkt alternativ till traditionellt använda icke-förnybara och dyra källor. För framställning av AC används två grundläggande processer, karbonisering och aktivering. I den första processen utsätts prekursorerna för höga temperaturer, mellan 400 och 850 °C, för att driva ut alla flyktiga komponenter. Hög förhöjd temperatur avlägsnar alla icke-kolhaltiga komponenter från prekursorn, såsom väte, syre och kväve i form av gaser och tjära. Denna process producerar träkol med hög kolhalt men låg ytarea och porositet. Det andra steget involverar dock aktivering av tidigare syntetiserat träkol. Porstorleksökning under aktiveringsprocessen kan kategoriseras i tre: öppnande av tidigare oåtkomliga porer, ny porutveckling genom selektiv aktivering och vidgning av befintliga porer.
Vanligtvis används två metoder, fysikaliska och kemiska, för aktivering för att få önskad ytarea och porositet. Fysisk aktivering innebär aktivering av förkolnad träkol med hjälp av oxiderande gaser som luft, koldioxid och ånga vid höga temperaturer (mellan 650 och 900 °C). Koldioxid föredras vanligtvis på grund av dess rena natur, enkla hantering och kontrollerbara aktiveringsprocess runt 800 °C. Hög poruniformitet kan erhållas med koldioxidaktivering jämfört med ånga. För fysikalisk aktivering är ånga dock mycket att föredra jämfört med koldioxid eftersom koldioxid med relativt hög ytarea kan produceras. På grund av vattnets mindre molekylstorlek sker dess diffusion inom träkolens struktur effektivt. Aktivering med ånga har visat sig vara cirka två till tre gånger högre än koldioxid med samma omvandlingsgrad.
Kemiska metoder innebär dock att man blandar prekursorer med aktiveringsmedel (NaOH, KOH och FeCl3, etc.). Dessa aktiveringsmedel fungerar både som oxidanter och dehydreringsmedel. I denna metod utförs karbonisering och aktivering samtidigt vid en jämförelsevis lägre temperatur, 300-500 °C, jämfört med den fysikaliska metoden. Som ett resultat påverkas den pyrolytiska nedbrytningen, vilket resulterar i expansion, förbättrad porös struktur och högt kolutbyte. De största fördelarna med kemiska metoder jämfört med fysikaliska metoder är låga temperaturkrav, höga mikroporösa strukturer, stor ytarea och minimerad reaktionstid.
Överlägsenheten hos kemisk aktiveringsmetod kan förklaras utifrån en modell som föreslagits av Kim och hans medarbetare [1] enligt vilken olika sfäriska mikrodomäner som ansvarar för bildandet av mikroporer finns i AC. Å andra sidan utvecklas mesoporer i regionerna mellan mikrodomänerna. Experimentellt bildade de aktivt kol från fenolbaserat harts genom kemisk (med KOH) och fysisk (med ånga) aktivering (Figur 1). Resultaten visade att AC syntetiserat genom KOH-aktivering hade en hög ytarea på 2878 m2/g jämfört med 2213 m2/g genom ångaktivering. Dessutom fann man att andra faktorer såsom porstorlek, ytarea, mikroporvolym och genomsnittlig porbredd alla var bättre under KOH-aktiverade förhållanden jämfört med ångaktivering.
Skillnader mellan AC framställd från ångaktivering (C6S9) respektive KOH-aktivering (C6K9), förklarade i termer av mikrostrukturmodell.
Beroende på partikelstorlek och framställningsmetod kan den kategoriseras i tre typer: driven växelström, granulär växelström och pärlväxelström. Driven växelström bildas av fina granuler med en storlek på 1 mm med en genomsnittlig diameter på 0,15-0,25 mm. Granulär växelström har jämförelsevis större storlek och mindre yttre ytarea. Granulär växelström används för olika tillämpningar i flytande fas och gasfas beroende på deras dimensionsförhållanden. Tredje klass: pärlväxelström syntetiseras vanligtvis från petroleumbeck med en diameter från 0,35 till 0,8 mm. Den är känd för sin höga mekaniska hållfasthet och låga dammhalt. Den används i stor utsträckning i fluidiserade bäddapplikationer såsom vattenfiltrering på grund av sin sfäriska struktur.
Publiceringstid: 18 juni 2022