Aktyvuota anglis (AK) – tai labai anglies turinčios medžiagos, pasižyminčios dideliu poringumu ir sorbcijos gebėjimu, gaunamos iš medienos, kokoso kevalų, anglies, kankorėžių ir kt. AK yra vienas iš dažnai naudojamų adsorbentų, naudojamų įvairiose pramonės šakose daugeliui teršalų pašalinti iš vandens ir oro. Kadangi AK sintetinama iš žemės ūkio ir atliekų produktų, ji pasirodė esanti puiki alternatyva tradiciškai naudojamiems neatsinaujinantiems ir brangiems šaltiniams. AK gamybai naudojami du pagrindiniai procesai: karbonizavimas ir aktyvinimas. Pirmojo proceso metu prekursoriai veikiami aukštoje temperatūroje, nuo 400 iki 850 °C, kad būtų pašalinti visi lakieji komponentai. Aukšta temperatūra pašalina visus ne anglies komponentus iš prekursoriaus, tokius kaip vandenilis, deguonis ir azotas, dujų ir dervų pavidalu. Šio proceso metu susidaro anglis, turinti didelį anglies kiekį, bet mažą paviršiaus plotą ir poringumą. Tačiau antrasis etapas apima anksčiau susintetintos anglies aktyvavimą. Porų dydžio padidėjimą aktyvavimo proceso metu galima suskirstyti į tris rūšis: anksčiau nepasiekiamų porų atvėrimą, naujų porų susidarymą selektyviai aktyvuojant ir esamų porų išplėtimą.
Paprastai norint gauti norimą paviršiaus plotą ir poringumą, aktyvavimui naudojami du metodai – fizikinis ir cheminis. Fizinis aktyvavimas apima karbonizuotos anglies aktyvavimą oksiduojančiomis dujomis, tokiomis kaip oras, anglies dioksidas ir garai, aukštoje temperatūroje (nuo 650 iki 900 °C). Anglies dioksidas paprastai yra pageidaujamas dėl savo grynumo, lengvo naudojimo ir kontroliuojamo aktyvavimo proceso apie 800 °C temperatūroje. Aktyvuojant anglies dioksidu, galima pasiekti didelį porų vienodumą, palyginti su garais. Tačiau fiziniam aktyvavimui garai yra daug pageidaujamesni, palyginti su anglies dioksidu, nes galima gauti anglies oksidatorių su santykinai dideliu paviršiaus plotu. Dėl mažesnio vandens molekulių dydžio jo difuzija anglies struktūroje vyksta efektyviai. Nustatyta, kad aktyvinimas garais yra maždaug du tris kartus didesnis nei aktyvinimas anglies dioksidu, esant tokiam pačiam konversijos laipsniui.
Tačiau cheminis metodas apima pirmtako sumaišymą su aktyvatoriais (NaOH, KOH, FeCl3 ir kt.). Šie aktyvatoriai veikia kaip oksidatoriai ir dehidratatoriai. Taikant šį metodą, karbonizavimas ir aktyvinimas atliekami vienu metu, palyginti su fizikiniu metodu, esant žemesnei 300–500 °C temperatūrai. Dėl to vyksta pirolizinis skaidymas, o tai pagerina porėtą struktūrą ir padidina anglies išeigą. Pagrindiniai cheminio metodo pranašumai, palyginti su fizikiniu metodu, yra žema temperatūra, didelio mikroporingumo struktūros, didelis paviršiaus plotas ir sutrumpintas reakcijos užbaigimo laikas.
Cheminio aktyvinimo metodo pranašumą galima paaiškinti remiantis Kim ir jo bendradarbių [1] pasiūlytu modeliu, pagal kurį aktyvuotoje anglyje (AK) randami įvairūs sferiniai mikrodomenai, atsakingi už mikroporų susidarymą. Kita vertus, tarpmikrodomenų srityse susidaro mezoporos. Eksperimentiškai jie suformavo aktyvuotą anglį iš fenolio pagrindo dervos cheminės (naudojant KOH) ir fizinės (naudojant garus) aktyvacijos būdu (1 pav.). Rezultatai parodė, kad KOH aktyvacijos būdu susintetintas AK turėjo didelį paviršiaus plotą – 2878 m2/g, palyginti su 2213 m2/g, gautu aktyvuojant garais. Be to, nustatyta, kad kiti veiksniai, tokie kaip porų dydis, paviršiaus plotas, mikroporų tūris ir vidutinis porų plotis, buvo geresni KOH aktyvacijos sąlygomis, palyginti su aktyvacija garais.
Garais aktyvuoto AC (C6S9) ir KOH aktyvuoto AC (C6K9) skirtumai, paaiškinti mikrostruktūros modeliu.
Priklausomai nuo dalelių dydžio ir paruošimo būdo, jas galima suskirstyti į tris tipus: variklinę AC, granuliuotą AC ir rutuliukų AC. Variklinė AC sudaroma iš smulkių granulių, kurių dydis yra 1 mm, o vidutinis skersmuo yra 0,15–0,25 mm. Granuliuotos AC yra palyginti didesnio dydžio ir mažesnio išorinio paviršiaus ploto. Granuliuotos AC naudojamos įvairiose skystosios ir dujinės fazės srityse, priklausomai nuo jų matmenų santykio. Trečia klasė: rutuliukų AC paprastai sintetinama iš naftos pikio, kurio skersmuo svyruoja nuo 0,35 iki 0,8 mm. Ji žinoma dėl didelio mechaninio stiprumo ir mažo dulkių kiekio. Dėl savo sferinės struktūros ji plačiai naudojama skystojo sluoksnio sistemose, tokiose kaip vandens filtravimas.
Įrašo laikas: 2022 m. birželio 18 d.