عمليات إنتاج الكربون المنشط

تتألف عملية معالجة الكربون المنشط عادةً من عملية تفحيم تليها عملية تنشيط لمادة كربونية من أصل نباتي. التفحيم هو معالجة حرارية عند درجة حرارة تتراوح بين 400 و800 درجة مئوية، تحوّل المواد الخام إلى كربون عن طريق تقليل محتوى المواد المتطايرة وزيادة محتوى الكربون في المادة. يؤدي ذلك إلى زيادة قوة المادة وتكوين بنية مسامية أولية ضرورية لتنشيط الكربون. يمكن أن يؤثر ضبط ظروف التفحيم بشكل كبير على المنتج النهائي. فزيادة درجة حرارة التفحيم تزيد من التفاعل، ولكنها في الوقت نفسه تقلل من حجم المسام الموجودة. ويعود هذا الانخفاض في حجم المسام إلى زيادة تكثيف المادة عند درجات حرارة التفحيم العالية، مما يؤدي إلى زيادة القوة الميكانيكية. لذلك، من المهم اختيار درجة حرارة العملية المناسبة بناءً على المنتج المطلوب من التفحيم.

تنتشر هذه الأكاسيد خارج الكربون، مما يؤدي إلى تغويز جزئي يفتح المسامات المغلقة سابقًا، ويزيد من تطور البنية المسامية الداخلية للكربون. في التنشيط الكيميائي، يُفاعل الكربون عند درجات حرارة عالية مع عامل مُجفف يُزيل معظم الهيدروجين والأكسجين من بنية الكربون. غالبًا ما يجمع التنشيط الكيميائي بين مرحلتي التفحيم والتنشيط، ولكن قد تحدث هاتان المرحلتان بشكل منفصل حسب العملية. وقد وُجدت مساحات سطحية عالية تتجاوز 3000 متر مربع/غرام عند استخدام هيدروكسيد البوتاسيوم كعامل تنشيط كيميائي.

الكربون المنشط من مواد خام مختلفة.

إضافةً إلى كونه مادة ماصة تُستخدم لأغراضٍ عديدة، يُمكن إنتاج الكربون المنشط من مجموعة واسعة من المواد الخام المختلفة، مما يجعله منتجًا متعدد الاستخدامات بشكلٍ استثنائي، يُمكن إنتاجه في مجالاتٍ عديدة حسب المادة الخام المتوفرة. تشمل بعض هذه المواد قشور النباتات، ونوى الفاكهة، والمواد الخشبية، والأسفلت، وكربيدات المعادن، وأسود الكربون، ومخلفات الصرف الصحي، ومخلفات البوليمرات. يُمكن معالجة أنواع مختلفة من الفحم، الموجود أصلًا 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 يُعدّ الأكثر فعالية من حيث التكلفة والأكثر مراعاةً للبيئة. وقد أظهرت الدراسات أن الكربون المنشط المُنتج من قشور جوز الهند يحتوي على كميات كبيرة من المسام الدقيقة، مما يجعله المادة الخام الأكثر شيوعًا في التطبيقات التي تتطلب قدرة امتصاص عالية. كما يحتوي نشارة الخشب وغيرها من مخلفات الأخشاب على بنى مسامية دقيقة متطورة، وهي مناسبة للامتصاص من الطور الغازي. يُنتج الكربون المنشط من نوى الزيتون والخوخ والمشمش والدراق مواد ماصة متجانسة للغاية ذات صلابة عالية ومقاومة للتآكل وحجم مسامي دقيق كبير. ويمكن تنشيط مخلفات البولي فينيل كلوريد (PVC) بإزالة حمض الهيدروكلوريك (HCl) مسبقًا، مما ينتج عنه كربون منشط يُعد مادة ماصة جيدة للأزرق الميثيليني. بل وقد تم إنتاج أنواع من الكربون المنشط من مخلفات الإطارات. وللتمييز بين مجموعة واسعة من المواد الأولية الممكنة، يصبح من الضروري تقييم الخصائص الفيزيائية الناتجة بعد التنشيط. عند اختيار المادة الأولية، تُعدّ الخصائص التالية مهمة: المساحة السطحية النوعية للمسام، وحجم المسام وتوزيعه، وتركيب وحجم الحبيبات، والتركيب الكيميائي/الخصائص الكيميائية لسطح الكربون.

يُعدّ اختيار المادة الأولية المناسبة للتطبيق الصحيح أمرًا بالغ الأهمية، إذ يسمح تنوّع المواد الأولية بالتحكّم في بنية مسام الكربون. تحتوي المواد الأولية المختلفة على كميات متفاوتة من المسام الكبيرة (أكبر من 50 نانومترًا)، والتي تُحدّد بدورها مدى تفاعليتها. لا تُعدّ هذه المسام الكبيرة فعّالة في الامتزاز، ولكن وجودها يُتيح قنوات إضافية لتكوين المسام الدقيقة أثناء التنشيط. إضافةً إلى ذلك، تُوفّر المسام الكبيرة مساراتٍ أكثر لجزيئات المادة الممتزة للوصول إلى المسام الدقيقة أثناء الامتزاز.