Actieve kool (AC) verwijst naar de koolstofrijke materialen met een hoge porositeit en een hoog sorptievermogen, geproduceerd uit hout, kokosnootschalen, steenkool, kegels, enz. AC is een van de meest gebruikte adsorbentia in diverse industrieën voor het verwijderen van talrijke verontreinigende stoffen uit water en lucht. Omdat AC gesynthetiseerd wordt uit landbouw- en afvalproducten, is het een uitstekend alternatief gebleken voor de traditioneel gebruikte niet-hernieuwbare en dure bronnen. Voor de bereiding van AC worden twee basisprocessen gebruikt: carbonisatie en activering. In het eerste proces worden de precursors blootgesteld aan hoge temperaturen, tussen 400 en 850 °C, om alle vluchtige componenten te verwijderen. De hoge temperatuur verwijdert alle niet-koolstofcomponenten uit de precursor, zoals waterstof, zuurstof en stikstof in de vorm van gassen en teer. Dit proces produceert houtskool met een hoog koolstofgehalte, maar een laag oppervlak en een lage porositeit. De tweede stap omvat echter de activering van de eerder gesynthetiseerde houtskool. De vergroting van de poriën tijdens het activeringsproces kan worden onderverdeeld in drie categorieën: het openen van voorheen onbereikbare poriën, de ontwikkeling van nieuwe poriën door selectieve activering en het verruimen van bestaande poriën.
Meestal worden twee benaderingen, fysisch en chemisch, gebruikt voor activering om het gewenste oppervlak en de gewenste porositeit te verkrijgen. Fysische activering omvat de activering van gecarboniseerde kool met behulp van oxiderende gassen zoals lucht, kooldioxide en stoom bij hoge temperaturen (tussen 650 en 900 °C). Kooldioxide heeft doorgaans de voorkeur vanwege de zuiverheid, de eenvoudige verwerking en het controleerbare activeringsproces rond 800 °C. Een hoge poriënuniformiteit kan worden bereikt met kooldioxide-activering in vergelijking met stoom. Voor fysische activering geniet stoom echter de voorkeur boven kooldioxide, omdat wisselstroom met een relatief groot oppervlak kan worden geproduceerd. Door de kleinere molecuulgrootte van water verloopt de diffusie ervan binnen de structuur van de kool efficiënt. Activering door stoom blijkt ongeveer twee tot drie keer hoger te zijn dan activering door kooldioxide met dezelfde omzettingsgraad.
De chemische benadering omvat echter het mengen van de precursor met activerende middelen (NaOH, KOH en FeCl3, enz.). Deze activerende middelen fungeren zowel als oxidatiemiddel als dehydratatiemiddel. Bij deze benadering worden carbonisatie en activering gelijktijdig uitgevoerd bij een relatief lagere temperatuur (300-500 °C) dan bij de fysische benadering. Dit beïnvloedt de pyrolytische ontleding en resulteert vervolgens in een verbeterde poreuze structuur en een hoge koolstofopbrengst. Belangrijke voordelen van de chemische benadering ten opzichte van de fysische benadering zijn de lage temperatuurvereisten, de hoge microporositeit van de structuren, het grote oppervlak en de geminimaliseerde reactietijd.
De superioriteit van de chemische activeringsmethode kan worden verklaard op basis van een model voorgesteld door Kim en zijn collega's [1] volgens welke verschillende sferische microdomeinen verantwoordelijk voor de vorming van microporiën worden gevonden in de AC. Aan de andere kant worden mesoporiën ontwikkeld in de intermicrodomeinregio's. Experimenteel vormden ze geactiveerde kool uit op fenol gebaseerde hars door chemische (met KOH) en fysische (met stoom) activering (Figuur 1). Resultaten toonden aan dat AC gesynthetiseerd door KOH-activering een hoog oppervlak bezat van 2878 m2/g vergeleken met 2213 m2/g door stoomactivering. Bovendien bleken andere factoren zoals poriegrootte, oppervlak, microporievolume en gemiddelde poriebreedte allemaal beter te zijn in KOH-geactiveerde omstandigheden in vergelijking met stoomgeactiveerde.
Verschillen tussen AC bereid door stoomactivering (C6S9) en KOH-activering (C6K9), respectievelijk, verklaard aan de hand van een microstructuurmodel.
Afhankelijk van de deeltjesgrootte en de bereidingsmethode kan AC worden onderverdeeld in drie typen: aangedreven wisselstroom, granulaire wisselstroom en kraalwisselstroom. Aangedreven wisselstroom wordt gevormd uit fijne korrels van 1 mm groot met een gemiddelde diameter van 0,15-0,25 mm. Granulaire wisselstroom is relatief groter en heeft een kleiner buitenoppervlak. Granulaire wisselstroom wordt gebruikt voor diverse toepassingen in de vloeibare en gasvormige fase, afhankelijk van hun dimensieverhoudingen. Derde klasse: kraalwisselstroom wordt over het algemeen gesynthetiseerd uit petroleumpek met een diameter van 0,35 tot 0,8 mm. Het staat bekend om zijn hoge mechanische sterkte en lage stofgehalte. Het wordt veel gebruikt in wervelbedtoepassingen zoals waterfiltratie vanwege de bolvormige structuur.
Plaatsingstijd: 18 juni 2022