De procedure voor de verwerking van actieve kool bestaat doorgaans uit carbonisatie, gevolgd door 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, wat 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 vermindert tegelijkertijd het volume van de aanwezige poriën. Dit verminderde poriënvolume is te wijten aan een toename van de condensatie van het materiaal bij hogere carbonisatietemperaturen, wat leidt tot een toename van de 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 reageert de koolstof bij hoge temperaturen met een dehydratatiemiddel 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. Grote oppervlakken van meer dan 3000 m²/g zijn gevonden bij gebruik van KOH als chemisch activeringsmiddel.
Actieve kool uit verschillende grondstoffen.
Actieve kool kan niet alleen als adsorbens voor vele verschillende doeleinden worden gebruikt, maar kan ook uit een groot aantal verschillende grondstoffen worden geproduceerd. Dit maakt het een ongelooflijk veelzijdig product dat, afhankelijk van de beschikbare grondstof, in veel verschillende gebieden kan worden geproduceerd. Enkele van deze materialen zijn plantenschillen, fruitpitten, houtachtige materialen, asfalt, metaalcarbiden, roetzwart, afvalresten van rioolwater en polymeerafval. Verschillende soorten steenkool, die al in een koolstofvorm met een ontwikkelde poriestructuur bestaan, 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 afvalstoffen te produceren. Actieve kool geproduceerd uit kokosnootschalen blijkt een hoog volume microporiën te hebben, waardoor het de meest gebruikte grondstof is voor toepassingen waar een hoge adsorptiecapaciteit vereist is. Zaagsel en andere houtachtige afvalmaterialen bevatten ook sterk ontwikkelde microporeuze structuren die goed zijn voor adsorptie vanuit de gasfase. De productie van actieve kool uit olijf-, pruimen-, abrikozen- en perzikpitten levert zeer homogene adsorbentia op met een aanzienlijke hardheid, slijtvastheid en een hoog microporiënvolume. PVC-afval kan worden geactiveerd door HCl vooraf te verwijderen, wat resulteert in een actieve kool die een goed adsorbens is voor methyleenblauw. Actieve kool is zelfs geproduceerd uit bandenschroot. Om onderscheid te kunnen maken tussen de vele mogelijke precursors, is het noodzakelijk om de resulterende fysische eigenschappen na activering te evalueren. Bij de keuze van een precursor zijn de volgende eigenschappen van belang: het specifieke oppervlak van de poriën, het poriënvolume en de poriënvolumeverdeling, de samenstelling en grootte van de korrels, en de chemische structuur/het karakter van het koolstofoppervlak.
Het kiezen van de juiste precursor voor de juiste toepassing is erg belangrijk, omdat variatie in precursormaterialen controle over de poriestructuur van koolstof mogelijk maakt. Verschillende precursors bevatten verschillende hoeveelheden macroporiën (> 50 nm), wat hun reactiviteit bepaalt. Deze macroporiën zijn niet effectief voor adsorptie, maar hun aanwezigheid maakt meer kanalen mogelijk voor de vorming van microporiën tijdens activering. Bovendien bieden de macroporiën meer mogelijkheden voor adsorbaatmoleculen om de microporiën te bereiken tijdens adsorptie.
Plaatsingstijd: 1 april 2022