مقدمة من الكربون المنشط

يشير الكربون المنشط (AC) إلى المواد عالية الكربون التي تتمتع بقدرة مسامية وامتصاص عالية ويتم إنتاجها من الخشب، وقشور جوز الهند، والفحم، والأقماع، وما إلى ذلك. ويعد AC أحد المواد الماصة المستخدمة بشكل متكرر والمستخدمة في مختلف الصناعات لإزالة العديد من الملوثات من المسطحات المائية والهواء. منذ ذلك الحين، تم تصنيع مكيف الهواء من المنتجات الزراعية والنفايات، وقد أثبت أنه بديل رائع للمصادر غير المتجددة والمكلفة المستخدمة تقليديًا. لتحضير مكيف الهواء، يتم استخدام عمليتين أساسيتين، الكربنة والتنشيط. في العملية الأولى، يتم تعريض السلائف لدرجات حرارة عالية، تتراوح بين 400 و850 درجة مئوية، لطرد جميع المكونات المتطايرة. تؤدي درجة الحرارة المرتفعة إلى إزالة جميع المكونات غير الكربونية من المادة الأولية مثل الهيدروجين والأكسجين والنيتروجين على شكل غازات وقطران. تنتج هذه العملية فحمًا يحتوي على نسبة عالية من الكربون ولكن مساحة سطحية ومسامية منخفضة. ومع ذلك، فإن الخطوة الثانية تتضمن تنشيط الحرف المركب مسبقًا. يمكن تصنيف تحسين حجم المسام أثناء عملية التنشيط إلى ثلاثة: فتح المسام التي لم يكن من الممكن الوصول إليها سابقًا، وتطوير المسام الجديدة عن طريق التنشيط الانتقائي، وتوسيع المسام الموجودة.
عادة، يتم استخدام طريقتين، فيزيائية وكيميائية، للتنشيط للحصول على المساحة السطحية والمسامية المطلوبة. يتضمن التنشيط الجسدي تنشيط الفحم المتفحم باستخدام الغازات المؤكسدة مثل الهواء وثاني أكسيد الكربون والبخار عند درجات حرارة عالية (بين 650 و900 درجة مئوية). يُفضل عادةً ثاني أكسيد الكربون بسبب طبيعته النقية وسهولة التعامل معه وعملية التنشيط التي يمكن التحكم فيها عند حوالي 800 درجة مئوية. يمكن الحصول على تجانس عالي للمسام من خلال تنشيط ثاني أكسيد الكربون مقارنة بالبخار. ومع ذلك، بالنسبة للتنشيط الفيزيائي، يُفضل البخار كثيرًا مقارنةً بثاني أكسيد الكربون حيث يمكن إنتاج تيار متردد بمساحة سطحية كبيرة نسبيًا. نظرًا لصغر حجم جزيء الماء، فإن انتشاره داخل بنية شار يحدث بكفاءة. وجد أن التنشيط بالبخار أعلى بنحو مرتين إلى ثلاث مرات من ثاني أكسيد الكربون بنفس درجة التحويل.
ومع ذلك، يتضمن النهج الكيميائي خلط المادة الأولية مع عوامل التنشيط (NaOH، وKOH، وFeCl3، وما إلى ذلك). تعمل هذه العوامل المنشطة كمؤكسدات بالإضافة إلى عوامل تجفيف. في هذا النهج، يتم تنفيذ الكربنة والتنشيط في وقت واحد عند درجة حرارة أقل نسبيًا 300-500 درجة مئوية مقارنة بالطريقة الفيزيائية. ونتيجة لذلك، فإنه يؤثر على التحلل الحراري، ومن ثم يؤدي إلى توسيع البنية المسامية المحسنة وإنتاجية عالية من الكربون. الفوائد الرئيسية للمواد الكيميائية مقارنة بالنهج الفيزيائي هي متطلبات درجة الحرارة المنخفضة، والهياكل ذات المسامية الدقيقة العالية، ومساحة السطح الكبيرة، وتقليل وقت إكمال التفاعل.
يمكن تفسير تفوق طريقة التنشيط الكيميائي على أساس النموذج الذي اقترحه كيم وزملاؤه [1] والذي بموجبه توجد المجالات الدقيقة الكروية المختلفة المسؤولة عن تكوين المسام الدقيقة في التيار المتردد. من ناحية أخرى، يتم تطوير المسام المتوسطة في المناطق بين المجالات الدقيقة. تجريبيًا، قاموا بتكوين الكربون المنشط من الراتنج القائم على الفينول عن طريق التنشيط الكيميائي (باستخدام KOH) والتنشيط الفيزيائي (باستخدام البخار) (الشكل 1). أظهرت النتائج أن التيار المتردد المحضر بتنشيط KOH يمتلك مساحة سطحية عالية قدرها 2878 م2/جم مقارنة بـ 2213 م2/جم بتنشيط البخار. بالإضافة إلى ذلك، تم العثور على عوامل أخرى مثل حجم المسام ومساحة السطح وحجم المسام الدقيقة ومتوسط ​​عرض المسام جميعها أفضل في الظروف المنشط بـ KOH مقارنة بالبخار المنشط.

تم شرح الفروق بين التيار المتردد المحضر من التنشيط بالبخار (C6S9) وتنشيط KOH (C6K9) على التوالي من حيث نموذج البنية المجهرية.

اعتمادا على حجم الجسيمات وطريقة التحضير، يمكن تصنيفها إلى ثلاثة أنواع: التيار المتردد بالطاقة، التيار المتردد الحبيبي، والخرز المتردد. يتكون التيار المتردد من حبيبات دقيقة بحجم 1 مم بمتوسط ​​قطر يتراوح بين 0.15-0.25 مم. يتميز مكيف الهواء الحبيبي بحجم أكبر نسبيًا ومساحة سطح خارجية أقل. يتم استخدام التيار المتردد الحبيبي في العديد من تطبيقات الطور السائل والمرحلة الغازية اعتمادًا على نسب أبعادها. الدرجة الثالثة: يتم تصنيع حبة التيار المتردد بشكل عام من القار البترولي ويتراوح قطرها من 0.35 إلى 0.8 ملم. وهي معروفة بقوتها الميكانيكية العالية ومحتوى الغبار المنخفض. يتم استخدامه على نطاق واسع في تطبيقات الطبقة المميعة مثل ترشيح المياه بسبب هيكله الكروي.