Aktif karbon (AK), odun, hindistan cevizi kabuğu, kömür ve kozalak vb.'den üretilen, yüksek gözenekliliğe ve tutunma yeteneğine sahip, oldukça karbonlu malzemeleri ifade eder. AK, çeşitli endüstrilerde su ve hava kütlelerinden çok sayıda kirleticinin giderilmesi için sıklıkla kullanılan adsorbanlardan biridir. Tarımsal ve atık ürünlerden sentezlenen AK, geleneksel olarak kullanılan yenilenemeyen ve pahalı kaynaklara harika bir alternatif olduğunu kanıtlamıştır. AK'nin hazırlanması için karbonizasyon ve aktivasyon olmak üzere iki temel işlem kullanılır. İlk işlemde, öncüller tüm uçucu bileşenleri uzaklaştırmak için 400 ila 850 °C arasındaki yüksek sıcaklıklara tabi tutulur. Yüksek sıcaklık, öncülden hidrojen, oksijen ve azot gibi tüm karbon olmayan bileşenleri gazlar ve katranlar şeklinde uzaklaştırır. Bu işlem, yüksek karbon içeriğine ancak düşük yüzey alanına ve gözenekliliğe sahip kömür üretir. Ancak, ikinci adım daha önce sentezlenmiş kömürün aktivasyonunu içerir. Aktivasyon işlemi sırasında gözenek boyutunun artırılması üç kategoriye ayrılabilir: daha önce erişilemeyen gözeneklerin açılması, seçici aktivasyonla yeni gözenek gelişimi ve mevcut gözeneklerin genişletilmesi.
Genellikle, istenen yüzey alanı ve gözenekliliği elde etmek için aktivasyon için fiziksel ve kimyasal olmak üzere iki yaklaşım kullanılır. Fiziksel aktivasyon, hava, karbondioksit ve buhar gibi oksitleyici gazlar kullanılarak yüksek sıcaklıklarda (650-900°C arasında) karbonize kömürün aktivasyonunu içerir. Karbondioksit, saf yapısı, kolay kullanımı ve 800°C civarında kontrol edilebilir aktivasyon süreci nedeniyle genellikle tercih edilir. Karbondioksit aktivasyonu ile buhara kıyasla yüksek gözenek düzgünlüğü elde edilebilir. Ancak fiziksel aktivasyon için, nispeten yüksek yüzey alanına sahip AC üretilebildiğinden, karbondioksite kıyasla buhar çok daha fazla tercih edilir. Suyun daha küçük molekül boyutu nedeniyle, kömürün yapısı içerisinde difüzyonu verimli bir şekilde gerçekleşir. Buharla aktivasyonun, aynı dönüşüm derecesiyle karbondioksitten yaklaşık iki ila üç kat daha yüksek olduğu bulunmuştur.
Kimyasal yaklaşım, öncül maddenin aktive edici ajanlarla (NaOH, KOH ve FeCl3 vb.) karıştırılmasını içerir. Bu aktive edici ajanlar hem oksidan hem de dehidratör olarak etki eder. Bu yaklaşımda, karbonizasyon ve aktivasyon, fiziksel yaklaşıma kıyasla nispeten daha düşük bir sıcaklıkta (300-500°C) eş zamanlı olarak gerçekleştirilir. Sonuç olarak, pirolitik ayrışmayı etkiler ve ardından gelişmiş gözenekli yapının genişlemesi ve yüksek karbon verimiyle sonuçlanır. Kimyasal yaklaşımın fiziksel yaklaşıma göre başlıca avantajları, düşük sıcaklık gereksinimi, yüksek mikro gözeneklilik yapıları, geniş yüzey alanı ve en aza indirilmiş reaksiyon tamamlanma süresidir.
Kimyasal aktivasyon yönteminin üstünlüğü, Kim ve çalışma arkadaşları tarafından önerilen ve mikro gözeneklerin oluşumundan sorumlu çeşitli küresel mikro alanların AC'de bulunduğu bir modele dayanarak açıklanabilir [1]. Diğer yandan, mezogözenekler mikro alanlar arası bölgelerde gelişir. Deneysel olarak, kimyasal (KOH kullanarak) ve fiziksel (buhar kullanarak) aktivasyonla fenol bazlı reçineden aktif karbon oluşturdular (Şekil 1). Sonuçlar, KOH aktivasyonu ile sentezlenen AC'nin, buhar aktivasyonu ile elde edilen 2213 m2/g'a kıyasla 2878 m2/g'lık yüksek bir yüzey alanına sahip olduğunu gösterdi. Ek olarak, gözenek boyutu, yüzey alanı, mikro gözenek hacmi ve ortalama gözenek genişliği gibi diğer faktörlerin, buhar aktivasyonuna kıyasla KOH ile aktive edilen koşullarda daha iyi olduğu bulundu.
Buhar aktivasyonlu AC (C6S9) ve KOH aktivasyonlu AC (C6K9) arasındaki farklar sırasıyla mikro yapı modeli açısından açıklanmıştır.
Parçacık boyutuna ve hazırlama yöntemine bağlı olarak üç türe ayrılabilir: güçlendirilmiş AC, granüler AC ve boncuk AC. Güçlendirilmiş AC, ortalama çap aralığı 0,15-0,25 mm olan 1 mm boyutundaki ince granüllerden oluşur. Granül AC, nispeten daha büyük boyuta ve daha küçük dış yüzey alanına sahiptir. Granül AC, boyut oranlarına bağlı olarak çeşitli sıvı faz ve gaz fazı uygulamalarında kullanılır. Üçüncü sınıf: boncuk AC genellikle çapı 0,35 ila 0,8 mm arasında değişen petrol ziftinden sentezlenir. Yüksek mekanik mukavemeti ve düşük toz içeriğiyle bilinir. Küresel yapısı nedeniyle su filtrasyonu gibi akışkan yatak uygulamalarında yaygın olarak kullanılır.
Gönderi zamanı: 18 Haz 2022