Активированный уголь (АУ) относится к высокоуглеродистым материалам с высокой пористостью и сорбционной способностью, получаемым из древесины, скорлупы кокосовых орехов, угля, шишек и т.п. АУ является одним из наиболее часто используемых адсорбентов, применяемых в различных отраслях промышленности для удаления многочисленных загрязняющих веществ. из водных и воздушных объектов.Поскольку переменный ток синтезируется из сельскохозяйственных продуктов и отходов, он оказался отличной альтернативой традиционно используемым невозобновляемым и дорогим источникам.Для получения АУ используют два основных процесса: карбонизацию и активацию.В первом процессе прекурсоры подвергаются воздействию высоких температур (от 400 до 850°C), чтобы удалить все летучие компоненты.Высокая повышенная температура удаляет из прекурсора все неуглеродные компоненты, такие как водород, кислород и азот, в виде газов и смол.В результате этого процесса образуется уголь с высоким содержанием углерода, но с низкой площадью поверхности и пористостью.Однако второй этап включает активацию ранее синтезированного полукокса.Увеличение размера пор в процессе активации можно разделить на три категории: открытие ранее недоступных пор, развитие новых пор путем избирательной активации и расширение существующих пор.
Обычно для активации для получения желаемой площади поверхности и пористости используются два подхода: физический и химический.Физическая активация включает активацию карбонизированного угля с использованием окислительных газов, таких как воздух, углекислый газ и пар, при высоких температурах (от 650 до 900°C).Углекислый газ обычно предпочтительнее из-за его чистоты, простоты обращения и контролируемого процесса активации при температуре около 800°C.Высокая однородность пор может быть достигнута при активации углекислым газом по сравнению с паром.Однако для физической активации пар гораздо предпочтительнее диоксида углерода, поскольку можно производить переменный ток с относительно большой площадью поверхности.Благодаря меньшему размеру молекул воды ее диффузия внутри структуры угля происходит эффективно.Было обнаружено, что активация паром примерно в два-три раза выше, чем активация углекислого газа с той же степенью конверсии.
Однако химический подход предполагает смешивание прекурсора с активаторами (NaOH, KOH, FeCl3 и т. д.).Эти активирующие агенты действуют как окислители, а также дегидратирующие агенты.При таком подходе карбонизация и активация проводятся одновременно при сравнительно более низкой температуре 300-500°С по сравнению с физическим подходом.В результате происходит пиролитическое разложение, что приводит к расширению, улучшенной пористой структуре и высокому выходу углерода.Основными преимуществами химического подхода по сравнению с физическим являются требования к низкой температуре, структуры с высокой микропористостью, большая площадь поверхности и минимальное время завершения реакции.
Превосходство метода химической активации можно объяснить на основе модели, предложенной Кимом и его сотрудниками [1], согласно которой в АУ обнаруживаются различные сферические микродомены, ответственные за образование микропор.С другой стороны, мезопоры развиты в межмикродоменных областях.Экспериментально они образовали активированный уголь из смолы на основе фенола путем химической (с использованием КОН) и физической (с использованием пара) активации (рис. 1).Результаты показали, что АУ, синтезированные активацией КОН, имели большую площадь поверхности 2878 м2/г по сравнению с 2213 м2/г при активации паром.Кроме того, было обнаружено, что другие факторы, такие как размер пор, площадь поверхности, объем микропор и средняя ширина пор, лучше в условиях, активированных КОН, по сравнению с активированными паром.
Различия между AC, полученным в результате активации паром (C6S9) и активации KOH (C6K9), соответственно, объяснены с точки зрения модели микроструктуры.
В зависимости от размера частиц и метода приготовления их можно разделить на три типа: механизированный переменный ток, гранулированный переменный ток и шариковый переменный ток.Силовой АС формируется из мелких гранул размером 1 мм со средним диапазоном диаметров 0,15-0,25 мм.Гранулированный переменный ток имеет сравнительно больший размер и меньшую площадь внешней поверхности.Гранулированный переменный ток используется для различных применений в жидкой и газообразной фазах в зависимости от их соотношений размеров.Третий класс: шарик АЦ обычно синтезируют из нефтяного пека диаметром от 0,35 до 0,8 мм.Он известен своей высокой механической прочностью и низким содержанием пыли.Благодаря своей сферической структуре он широко используется в приложениях с псевдоожиженным слоем, таких как фильтрация воды.
Время публикации: 18 июня 2022 г.