Процедура обработки активированного угля обычно включает карбонизацию с последующей активацией углеродсодержащего материала растительного происхождения. Карбонизация – это термическая обработка при температуре 400–800 °C, которая преобразует сырье в углерод, минимизируя содержание летучих веществ и увеличивая содержание углерода в материале. Это повышает прочность материала и создает начальную пористую структуру, необходимую для активации угля. Регулирование условий карбонизации может существенно повлиять на конечный продукт. Повышение температуры карбонизации увеличивает реакционную способность, но одновременно уменьшает объем присутствующих пор. Уменьшение объема пор обусловлено увеличением конденсации материала при более высоких температурах карбонизации, что приводит к увеличению механической прочности. Поэтому становится важным выбрать правильную температуру процесса в зависимости от желаемого продукта карбонизации.
Эти оксиды диффундируют из углерода, что приводит к частичной газификации, которая открывает ранее закрытые поры и способствует дальнейшему развитию внутренней пористой структуры углерода. При химической активации углерод реагирует при высоких температурах с дегидратирующим агентом, который удаляет большую часть водорода и кислорода из структуры углерода. Химическая активация часто объединяет стадии карбонизации и активации, но эти две стадии могут происходить и раздельно в зависимости от процесса. При использовании KOH в качестве химического активатора были обнаружены большие площади поверхности, превышающие 3000 м²/г.
Активированный уголь из различного сырья.
Помимо того, что активированный уголь используется в качестве адсорбента для самых разных целей, он может быть получен из множества различных видов сырья, что делает его невероятно универсальным продуктом, который может производиться в самых разных областях в зависимости от доступности сырья. К таким материалам относятся скорлупа растений, косточки фруктов, древесные материалы, асфальт, карбиды металлов, сажа, отходы сточных вод и полимерные отходы. Различные виды угля, уже существующие в пятивалентной углеродистой форме с развитой пористой структурой, могут быть дополнительно переработаны для получения активированного угля. Хотя активированный уголь можно производить практически из любого сырья, наиболее экономически выгодным и экологически безопасным является производство активированного угля из отходов. Активированный уголь, полученный из скорлупы кокосовых орехов, обладает высоким объемом микропор, что делает его наиболее распространенным сырьем для применений, где требуется высокая адсорбционная способность. Опилки и другие древесные отходы также содержат хорошо развитую микропористую структуру, которая хорошо подходит для адсорбции из газовой фазы. Получение активированного угля из косточек оливок, слив, абрикосов и персиков позволяет получать высокооднородные адсорбенты, обладающие высокой твердостью, устойчивостью к истиранию и высоким объемом микропор. Отходы ПВХ можно активировать, предварительно удалив HCl, что приводит к получению активированного угля, являющегося хорошим адсорбентом метиленового синего. Активированный уголь получают даже из шинных отходов. Чтобы выделить широкий спектр возможных прекурсоров, необходимо оценить их физические свойства после активации. При выборе прекурсора важны следующие свойства: удельная поверхность пор, объем пор и распределение объема пор, состав и размер гранул, а также химическая структура/характер поверхности углерода.
Выбор правильного прекурсора для конкретного применения крайне важен, поскольку варьирование материалов прекурсора позволяет контролировать структуру пор углерода. Различные прекурсоры содержат разное количество макропор (> 50 нм), что определяет их реакционную способность. Эти макропоры неэффективны для адсорбции, но их наличие обеспечивает больше каналов для создания микропор во время активации. Кроме того, макропоры обеспечивают больше путей для молекул адсорбата, достигающих микропор во время адсорбции.
Время публикации: 01.04.2022