عمليات إنتاج الكربون المنشط

تتكون عملية معالجة الكربون المنشط عادةً من عملية الكربنة، يليها تنشيط مادة كربونية من أصل نباتي. الكربنة هي معالجة حرارية عند درجة حرارة تتراوح بين 400 و800 درجة مئوية، تُحوّل المواد الخام إلى كربون عن طريق تقليل محتوى المواد المتطايرة وزيادة محتوى الكربون في المادة. هذا يزيد من قوة المادة ويخلق بنية مسامية أولية ضرورية لتنشيط الكربون. يمكن أن يؤثر تعديل ظروف الكربنة بشكل كبير على المنتج النهائي. تزيد درجة حرارة الكربنة المرتفعة من التفاعلية، ولكنها في الوقت نفسه تقلل من حجم المسام الموجودة. يرجع هذا الانخفاض في حجم المسام إلى زيادة في تكثف المادة عند درجات حرارة الكربنة المرتفعة، مما يؤدي إلى زيادة في القوة الميكانيكية. لذلك، يصبح من المهم اختيار درجة حرارة العملية الصحيحة بناءً على منتج الكربنة المطلوب.

تنتشر هذه الأكاسيد خارج الكربون، مما يؤدي إلى تغويز جزئي يفتح المسامات التي كانت مغلقة سابقًا، ويزيد من تطور البنية المسامية الداخلية للكربون. في التنشيط الكيميائي، يتفاعل الكربون عند درجات حرارة عالية مع عامل مزيل للرطوبة يزيل معظم الهيدروجين والأكسجين من بنية الكربون. غالبًا ما يجمع التنشيط الكيميائي بين خطوتي الكربنة والتنشيط، ولكن قد تحدث هاتان الخطوتان بشكل منفصل حسب العملية. وقد وُجدت مساحات سطحية عالية تتجاوز 3000 متر مربع/غرام عند استخدام هيدروكسيد البوتاسيوم كعامل تنشيط كيميائي.

الكربون النشط من مواد خام مختلفة.

بالإضافة إلى كونه مادة ماصة تُستخدم لأغراض متعددة، يُمكن إنتاج الكربون المنشط من مجموعة كبيرة من المواد الخام، مما يجعله منتجًا متعدد الاستخدامات للغاية، يُمكن إنتاجه في مجالات مختلفة حسب المواد الخام المتوفرة. تشمل بعض هذه المواد قشور النباتات، ونوى الفواكه، والمواد الخشبية، والأسفلت، وكربيدات المعادن، وأسود الكربون، ورواسب نفايات الصرف الصحي، ونفايات البوليمر. يمكن معالجة أنواع مختلفة من الفحم، الموجود بالفعل في صورة كربونية ذات بنية مسامية متطورة، لإنتاج الكربون المنشط. على الرغم من إمكانية إنتاج الكربون المنشط من أي مادة خام تقريبًا، إلا أن إنتاجه من النفايات هو الأكثر فعالية من حيث التكلفة والصديق للبيئة. وقد ثبت أن الكربون المنشط المُنتج من قشور جوز الهند يحتوي على كميات كبيرة من المسام الدقيقة، مما يجعله المادة الخام الأكثر استخدامًا في التطبيقات التي تتطلب قدرة امتصاص عالية. كما تحتوي نشارة الخشب وغيرها من مواد الخردة الخشبية على هياكل مسامية دقيقة متطورة، مما يُتيح امتصاصها من الطور الغازي. يُنتج إنتاج الكربون المنشط من نوى الزيتون والبرقوق والمشمش والخوخ مواد ماصة شديدة التجانس، تتميز بصلابة عالية ومقاومة للتآكل وحجم مسام دقيق كبير. يمكن تنشيط خردة البولي فينيل كلوريد (PVC) إذا أُزيل حمض الهيدروكلوريك مسبقًا، مما ينتج عنه كربون منشط يُعدّ مادة ماصة جيدة لأزرق الميثيلين. حتى أنه تم إنتاج الكربون المنشط من خردة الإطارات. للتمييز بين المجموعة الواسعة من المواد الأولية المحتملة، يصبح من الضروري تقييم الخصائص الفيزيائية الناتجة بعد التنشيط. عند اختيار مادة أولية، تُعدّ الخصائص التالية مهمة: المساحة السطحية النوعية للمسام، وحجم المسام وتوزيعها، وتركيب وحجم الحبيبات، والبنية/الخصائص الكيميائية لسطح الكربون.

يُعد اختيار المادة الأولية المناسبة للتطبيق المناسب أمرًا بالغ الأهمية، لأن تنوع موادها الأولية يسمح بالتحكم في بنية مسام الكربون. تحتوي المواد الأولية المختلفة على كميات متفاوتة من المسام الكبيرة (أكبر من 50 نانومتر)، والتي تُحدد تفاعليتها. هذه المسام الكبيرة ليست فعالة في الامتزاز، ولكن وجودها يسمح بتكوين المزيد من القنوات لتكوين مسام دقيقة أثناء التنشيط. بالإضافة إلى ذلك، توفر المسام الكبيرة مسارات أكثر لجزيئات الممتص للوصول إلى المسام الدقيقة أثناء الامتزاز.