De procedure voor de verwerking van actieve kool bestaat doorgaans uit een carbonisatie gevolgd door een activering van koolstofhoudend materiaal van plantaardige oorsprong. Carbonisatie is een warmtebehandeling bij 400-800 °C die grondstoffen omzet in koolstof door het gehalte aan vluchtige stoffen te minimaliseren en het koolstofgehalte van het materiaal te verhogen. Dit verhoogt de sterkte van het materiaal en creëert een initiële poreuze structuur, die noodzakelijk is voor de activering van de koolstof. Het aanpassen van de carbonisatieomstandigheden kan het eindproduct aanzienlijk beïnvloeden. Een hogere carbonisatietemperatuur verhoogt de reactiviteit, maar verlaagt tegelijkertijd het volume van de aanwezige poriën. Deze afname van het poriënvolume is te wijten aan een toename van de condensatie van het materiaal bij hogere carbonisatietemperaturen, wat resulteert in een verhoogde mechanische sterkte. Daarom is het belangrijk om de juiste procestemperatuur te kiezen op basis van het gewenste carbonisatieproduct.
Deze oxiden diffunderen uit de koolstof, wat resulteert in een gedeeltelijke vergassing die voorheen gesloten poriën opent en de interne poreuze structuur van de koolstof verder ontwikkelt. Bij chemische activering wordt de koolstof bij hoge temperaturen gereageerd met een dehydraterend middel dat het grootste deel van de waterstof en zuurstof uit de koolstofstructuur verwijdert. Chemische activering combineert vaak de carbonisatie- en activeringsstap, maar deze twee stappen kunnen, afhankelijk van het proces, ook afzonderlijk plaatsvinden. Bij gebruik van KOH als chemisch activeringsmiddel zijn grote oppervlakten van meer dan 3000 m²/g bereikt.
Geactiveerde koolstof uit verschillende grondstoffen.
Naast dat het een adsorptiemiddel is dat voor veel verschillende doeleinden wordt gebruikt, kan actieve kool worden geproduceerd uit een breed scala aan grondstoffen. Dit maakt het een ongelooflijk veelzijdig product dat, afhankelijk van de beschikbare grondstoffen, in veel verschillende gebieden kan worden geproduceerd. Enkele van deze materialen zijn plantenschillen, fruitpitten, houtachtig materiaal, asfalt, metaalcarbiden, roet, afval van rioolwaterzuiveringsinstallaties en polymeerresten. Verschillende soorten steenkool, die al in een koolstofhoudende vorm met een ontwikkelde poriënstructuur voorkomen, kunnen verder worden verwerkt tot actieve kool. Hoewel actieve kool uit vrijwel elke grondstof kan worden geproduceerd, is het het meest kosteneffectief en milieuvriendelijk om actieve kool uit afvalmaterialen te produceren. Actieve kool geproduceerd uit kokosnootschalen blijkt een hoog gehalte aan microporiën te hebben, waardoor het de meest gebruikte grondstof is voor toepassingen waar een hoge adsorptiecapaciteit vereist is. Zaagsel en ander houtachtig afvalmateriaal bevatten ook sterk ontwikkelde microporeuze structuren die goed zijn voor adsorptie uit de gasfase. Het produceren van actieve kool uit olijf-, pruim-, abrikozen- en perzikpitten levert zeer homogene adsorptiematerialen op met een aanzienlijke hardheid, slijtvastheid en een groot microporeus volume. PVC-afval kan worden geactiveerd als het HCl vooraf wordt verwijderd, wat resulteert in actieve kool die een goed adsorptiemiddel is voor methyleenblauw. Er is zelfs actieve kool geproduceerd uit bandenafval. Om onderscheid te maken tussen de vele mogelijke voorlopers, is het noodzakelijk om de resulterende fysische eigenschappen na activering te evalueren. Bij de keuze van een voorloper zijn de volgende eigenschappen van belang: specifiek oppervlak van de poriën, porievolume en porievolumeverdeling, samenstelling en grootte van de korrels, en chemische structuur/karakter van het koolstofoppervlak.
Het kiezen van de juiste precursor voor de juiste toepassing is erg belangrijk, omdat variatie in precursormaterialen het mogelijk maakt de poriënstructuur van de koolstof te controleren. Verschillende precursors bevatten variërende hoeveelheden macroporiën (> 50 nm), die hun reactiviteit bepalen. Deze macroporiën zijn niet effectief voor adsorptie, maar hun aanwezigheid zorgt voor meer kanalen voor de vorming van microporiën tijdens activering. Bovendien bieden de macroporiën meer paden voor adsorbaatmoleculen om de microporiën te bereiken tijdens adsorptie.
Geplaatst op: 1 april 2022