Актываваны вугаль (АК) адносіцца да высокавугляродных матэрыялаў з высокай сітаватасцю і сарбцыйнай здольнасцю, якія атрымліваюцца з драўніны, шкарлупіны какосавых арэхаў, вугалю, шышак і г.д. АК з'яўляецца адным з часта выкарыстоўваных адсарбентаў, якія выкарыстоўваюцца ў розных галінах прамысловасці для выдалення шматлікіх забруджвальных рэчываў з вады і паветра. Паколькі АК сінтэзуецца з сельскагаспадарчых прадуктаў і адходаў, ён аказаўся выдатнай альтэрнатывай традыцыйна выкарыстоўваным неаднаўляльным і дарагім крыніцам. Для атрымання АК выкарыстоўваюцца два асноўныя працэсы: карбанізацыя і актывацыя. У першым працэсе папярэднікі падвяргаюцца ўздзеянню высокіх тэмператур, ад 400 да 850°C, каб выдаліць усе лятучыя кампаненты. Высокая павышаная тэмпература выдаляе з папярэдніка ўсе невугляродныя кампаненты, такія як вадарод, кісларод і азот, у выглядзе газаў і смол. Гэты працэс утварае вугаль з высокім утрыманнем вугляроду, але нізкай плошчай паверхні і сітаватасцю. Аднак другі этап уключае актывацыю раней сінтэзаванага вугалю. Павелічэнне памеру пор падчас працэсу актывацыі можна падзяліць на тры катэгорыі: адкрыццё раней недаступных пор, развіццё новых пор шляхам селектыўнай актывацыі і пашырэнне існуючых пор.
Звычайна для актывацыі выкарыстоўваюцца два падыходы: фізічны і хімічны, каб атрымаць патрэбную плошчу паверхні і парыстасць. Фізічная актывацыя ўключае актывацыю вугляроднага вугалю з дапамогай акісляльных газаў, такіх як паветра, вуглякіслы газ і пара, пры высокіх тэмпературах (ад 650 да 900°C). Вуглякіслы газ звычайна пераважнейшы з-за яго чыстай прыроды, лёгкасці ў звароце і кантраляванага працэсу актывацыі каля 800°C. Высокая аднастайнасць пор можа быць атрымана пры актывацыі вуглякіслым газам у параўнанні з парай. Аднак для фізічнай актывацыі пара значна пераважнейшая за вуглякіслы газ, паколькі можна атрымаць асвяжальны вентылятар з адносна вялікай плошчай паверхні. Дзякуючы меншаму памеру малекулы вады, яе дыфузія ў структуры вугалю адбываецца эфектыўна. Было ўстаноўлена, што актывацыя парай прыкладна ў два-тры разы вышэйшая, чым актывацыя вуглякіслым газам з такой жа ступенню канверсіі.
Аднак хімічны падыход прадугледжвае змешванне папярэдніка з актывуючымі агентамі (NaOH, KOH, FeCl3 і г.д.). Гэтыя актывуючыя агенты дзейнічаюць як акісляльнікі, так і дэгідратацыйныя агенты. Пры гэтым падыходзе карбанізацыя і актывацыя праводзяцца адначасова пры адносна больш нізкай тэмпературы 300-500°C у параўнанні з фізічным падыходам. У выніку гэта ўплывае на піралітычнае раскладанне і, адпаведна, прыводзіць да пашырэння палепшанай сітаватай структуры і высокага выхаду вугляроду. Асноўнымі перавагамі хімічнага падыходу перад фізічным з'яўляюцца патрабаванні да нізкай тэмпературы, высокая мікрасітаватасць структур, вялікая плошча паверхні і мінімізаваны час завяршэння рэакцыі.
Перавагу метаду хімічнай актывацыі можна растлумачыць на аснове мадэлі, прапанаванай Кімам і яго калегамі [1], згодна з якой у АЦ знаходзяцца розныя сферычныя мікрадамены, адказныя за ўтварэнне мікрапор. З іншага боку, мезапоры развіваюцца ў міжмікрадаменных абласцях. Эксперыментальна яны сфармавалі актываваны вугаль з фенольнай смалы шляхам хімічнай (з выкарыстаннем KOH) і фізічнай (з выкарыстаннем пары) актывацыі (Малюнак 1). Вынікі паказалі, што АЦ, сінтэзаваны шляхам актывацыі KOH, мае вялікую плошчу паверхні 2878 м2/г у параўнанні з 2213 м2/г пры актывацыі парай. Акрамя таго, іншыя фактары, такія як памер пор, плошча паверхні, аб'ём мікрапор і сярэдняя шырыня пор, аказаліся лепшымі ва ўмовах актывацыі KOH у параўнанні з актывацыяй парай.
Розніца паміж AC, атрыманым актывацыяй парай (C6S9), і актывацыяй KOH (C6K9) адпаведна, тлумачыцца з дапамогай мадэлі мікраструктуры.
У залежнасці ад памеру часціц і спосабу падрыхтоўкі, яго можна падзяліць на тры тыпы: механізаваны АК, грануляваны АК і шарыкавы АК. Машынаваны АК утвараецца з дробных гранул памерам 1 мм са сярэднім дыяметрам 0,15-0,25 мм. Грануляваны АК мае параўнальна большы памер і меншую плошчу вонкавай паверхні. Грануляваны АК выкарыстоўваецца для розных ужыванняў у вадкай і газафазнай фазе ў залежнасці ад іх суадносін памераў. Трэці клас: шарыкавы АК звычайна сінтэзуецца з нафтавага пека дыяметрам ад 0,35 да 0,8 мм. Ён вядомы сваёй высокай механічнай трываласцю і нізкім утрыманнем пылу. Ён шырока выкарыстоўваецца ў прымяненні ў псеўдакіпяляным слоі, такіх як фільтрацыя вады, дзякуючы сваёй сферычнай структуры.
Час публікацыі: 18 чэрвеня 2022 г.