Aktivní uhlí (AC) označuje vysoce uhlíkatý materiál s vysokou porézností a sorpční schopností, který se vyrábí ze dřeva, kokosových skořápek, uhlí, šišek atd. AC je jedním z často používaných adsorbentů používaných v různých průmyslových odvětvích k odstraňování řady znečišťujících látek z vody a ovzduší. Vzhledem k tomu, že se AC syntetizuje ze zemědělských produktů a odpadů, ukázal se jako skvělá alternativa k tradičně používaným neobnovitelným a drahým zdrojům. Pro přípravu AC se používají dva základní procesy, karbonizace a aktivace. V prvním procesu se prekurzory vystaví vysokým teplotám mezi 400 a 850 °C, aby se odstranily všechny těkavé složky. Vysoká zvýšená teplota odstraňuje z prekurzoru všechny neuhlíkové složky, jako je vodík, kyslík a dusík, ve formě plynů a dehtů. Tento proces produkuje uhlí s vysokým obsahem uhlíku, ale s nízkým povrchem a porézností. Druhý krok však zahrnuje aktivaci dříve syntetizovaného uhlí. Zvětšení velikosti pórů během aktivačního procesu lze rozdělit do tří kategorií: otevření dříve nepřístupných pórů, vývoj nových pórů selektivní aktivací a rozšíření stávajících pórů.
Pro aktivaci se obvykle používají dva přístupy, fyzikální a chemický, aby se dosáhlo požadovaného povrchu a pórovitosti. Fyzikální aktivace zahrnuje aktivaci karbonizovaného uhlí pomocí oxidačních plynů, jako je vzduch, oxid uhličitý a pára, při vysokých teplotách (mezi 650 a 900 °C). Oxid uhličitý je obvykle upřednostňován kvůli své čisté povaze, snadné manipulaci a kontrolovatelnému aktivačnímu procesu kolem 800 °C. Aktivací oxidem uhličitým lze dosáhnout vysoké uniformity pórů ve srovnání s párou. Pro fyzikální aktivaci je však pára mnohem výhodnější než oxid uhličitý, protože lze vytvořit oxid uhličitý s relativně velkým povrchem. Díky menší velikosti molekuly vody dochází k její efektivní difúzi ve struktuře uhlí. Bylo zjištěno, že aktivace párou je přibližně dva až třikrát vyšší než aktivace oxidem uhličitým se stejným stupněm konverze.
Chemický přístup však zahrnuje smíchání prekurzoru s aktivačními činidly (NaOH, KOH a FeCl3 atd.). Tato aktivační činidla působí jako oxidační i dehydratační činidla. V tomto přístupu se karbonizace a aktivace provádějí současně při poměrně nižší teplotě 300–500 °C ve srovnání s fyzikálním přístupem. Výsledkem je pyrolytický rozklad, který vede k expanzi, zlepšené porézní struktury a vysokému výtěžku uhlíku. Hlavními výhodami chemického přístupu oproti fyzikálnímu jsou nízké teplotní požadavky, struktury s vysokou mikroporézností, velký povrch a minimalizovaná doba dokončení reakce.
Nadřazenost metody chemické aktivace lze vysvětlit na základě modelu navrženého Kimem a jeho spolupracovníky [1], podle kterého se v AC nacházejí různé sférické mikrodomény zodpovědné za tvorbu mikroporů. Na druhou stranu se v intermikrodoménových oblastech vyvíjejí mezopóry. Experimentálně bylo prokázáno, že aktivní uhlí bylo vytvořeno z pryskyřice na bázi fenolu chemickou (pomocí KOH) a fyzikální (pomocí páry) aktivací (obrázek 1). Výsledky ukázaly, že AC syntetizovaný aktivací KOH má vysoký povrch 2878 m2/g ve srovnání s 2213 m2/g při aktivaci párou. Kromě toho byly další faktory, jako je velikost pórů, povrch, objem mikroporů a průměrná šířka pórů, v podmínkách aktivovaných KOH lepší než při aktivaci párou.
Rozdíly mezi AC připraveným aktivací párou (C6S9) a aktivací KOH (C6K9) jsou vysvětleny pomocí modelu mikrostruktury.
V závislosti na velikosti částic a způsobu přípravy jej lze rozdělit do tří typů: poháněný AC, granulovaný AC a perlový AC. Poháněný AC se tvoří z jemných granulí o velikosti 1 mm s průměrným průměrem v rozmezí 0,15-0,25 mm. Granulovaný AC má poměrně větší velikost a menší vnější povrch. Granulovaný AC se používá pro různé aplikace v kapalné a plynné fázi v závislosti na poměru jejich rozměrů. Třetí třída: perlový AC se obvykle syntetizuje z ropné pryskyřice o průměru v rozmezí od 0,35 do 0,8 mm. Je známý svou vysokou mechanickou pevností a nízkým obsahem prachu. Díky své sférické struktuře se hojně používá v aplikacích s fluidním ložem, jako je filtrace vody.
Čas zveřejnění: 18. června 2022