הכנסת פחם פעיל

פחמן פעיל (AC) מתייחס לחומרים בעלי פחמימות גבוהה בעלי נקבוביות ויכולת ספיגה גבוהים המופקים מהעץ, קליפות קוקוס, פחם וחרוטים וכו'. AC הוא אחד מהסופחים הנפוצים המשמשים בתעשיות שונות להסרת מזהמים רבים. מגופי מים ואוויר. מאז, AC מסונתז מהמוצרים החקלאיים והפסולת, הוא הוכיח את עצמו כאלטרנטיבה מצוינת למקורות שאינם מתחדשים ויקרים בשימוש מסורתי. להכנת AC משתמשים בשני תהליכים בסיסיים, פחמול והפעלה. בתהליך הראשון, מבשרים נתונים לטמפרטורות גבוהות, בין 400 ל-850 מעלות צלזיוס, כדי להוציא החוצה את כל הרכיבים הנדיפים. טמפרטורה מוגבהת גבוהה מסירה את כל הרכיבים שאינם פחמן מהמבשר כגון מימן, חמצן וחנקן בצורה של גזים וזפת. תהליך זה מייצר פחמן בעל תכולת פחמן גבוהה אך שטח פנים ונקבוביות נמוכים. עם זאת, השלב השני כולל הפעלה של char מסונתז בעבר. שיפור גודל הנקבוביות במהלך תהליך ההפעלה ניתן לסווג לשלושה: פתיחת נקבוביות שלא היו נגישות בעבר, פיתוח נקבוביות חדשות על ידי הפעלה סלקטיבית והרחבת נקבוביות קיימות.
בדרך כלל, שתי גישות, פיזיקליות וכימיות, משמשות להפעלה כדי לקבל שטח פנים ונקבוביות רצויים. הפעלה פיזית כוללת הפעלה של פחם מוגז באמצעות גזים מחמצנים כגון אוויר, פחמן דו חמצני וקיטור בטמפרטורות גבוהות (בין 650 ל-900 מעלות צלזיוס). פחמן דו חמצני מועדף בדרך כלל בגלל אופיו הטהור, הטיפול הקל ותהליך ההפעלה הניתן לשליטה בסביבות 800 מעלות צלזיוס. ניתן להשיג אחידות נקבוביות גבוהה עם הפעלת פחמן דו חמצני בהשוואה לקיטור. עם זאת, עבור הפעלה פיזית, קיטור מועדף בהרבה בהשוואה לפחמן דו חמצני מכיוון שניתן לייצר AC עם שטח פנים גבוה יחסית. בשל גודל המולקולה הקטן יותר של מים, הדיפוזיה שלהם בתוך המבנה של הפחם מתרחשת ביעילות. נמצא כי ההפעלה באמצעות קיטור גבוהה פי שניים עד שלוש מפחמן דו חמצני באותה דרגת המרה.
עם זאת, גישה כימית כוללת ערבוב של מבשר עם סוכני הפעלה (NaOH, KOH ו-FeCl3 וכו'). חומרים מפעילים אלה פועלים כחומרי חמצון כמו גם כמייבשים. בגישה זו, פחמול והפעלה מתבצעים בו זמנית בטמפרטורה נמוכה יחסית 300-500 מעלות צלזיוס בהשוואה לגישה הפיזית. כתוצאה מכך, הוא משפיע על הפירוק הפירוליטי, ולאחר מכן מביא להרחבת מבנה נקבובי משופר ותפוקת פחמן גבוהה. היתרונות העיקריים של גישה כימית על פני גישה פיזית הם דרישת הטמפרטורה הנמוכה, מבנים בעלי מיקרו-נקבוביות גבוהה, שטח פנים גדול וזמן סיום תגובה ממוזער.
ניתן להסביר את עליונותה של שיטת ההפעלה הכימית על בסיס מודל שהוצע על ידי קים ועמיתיו לעבודה [1] לפיו מיקרו-דומיינים כדוריים שונים האחראים ליצירת מיקרו-נקבים נמצאים ב-AC. מצד שני, mesopores מפותחים באזורים intermicrodomin. בניסוי, הם יצרו פחם פעיל משרף מבוסס פנול על ידי הפעלה כימית (באמצעות KOH) ופיזית (באמצעות קיטור) (איור 1). התוצאות הראו כי AC המסונתז על ידי הפעלת KOH היה בעל שטח פנים גבוה של 2878 m2/g בהשוואה ל-2213 m2/g על ידי הפעלת קיטור. בנוסף, גורמים אחרים כמו גודל נקבוביות, שטח פנים, נפח מיקרו-נקביות ורוחב נקבוביות ממוצע נמצאו כולם טובים יותר בתנאים המופעלים על ידי KOH בהשוואה להפעלת קיטור.

ההבדלים בין AC שהוכן מהפעלת קיטור (C6S9) והפעלת KOH (C6K9), בהתאמה, מוסברים במונחים של מודל מיקרו-מבנה.

בהתאם לגודל החלקיקים ולשיטת ההכנה, ניתן לסווג אותו לשלושה סוגים: AC מופעל, AC גרגירי וחרוז AC. AC מופעל נוצר מגרגירים עדינים בגודל 1 מ"מ עם טווח קוטר ממוצע של 0.15-0.25 מ"מ. AC גרגירי יש גודל יחסית גדול יותר ופחות שטח פנים חיצוני. AC גרגירי משמשים ליישומי פאזה נוזלית ופאזה גזי שונים בהתאם ליחסי הממדים שלהם. מחלקה שלישית: חרוז AC מסונתז בדרך כלל מגובה הנפט בקוטר שנע בין 0.35 ל-0.8 מ"מ. הוא ידוע בחוזקו המכני הגבוה ובתכולת האבק הנמוכה שלו. הוא נמצא בשימוש נרחב ביישומי מיטה נוזלית כגון סינון מים בשל המבנה הכדורי שלו.