सक्रिय कार्बनचा परिचय

सक्रिय कार्बन (एसी) म्हणजे लाकूड, नारळाच्या कवच, कोळसा आणि शंकू इत्यादींपासून तयार होणारे उच्च सच्छिद्रता आणि शोषण क्षमता असलेले उच्च कार्बनयुक्त पदार्थ. एसी हे विविध उद्योगांमध्ये पाणी आणि हवेतील असंख्य प्रदूषक काढून टाकण्यासाठी वारंवार वापरल्या जाणाऱ्या शोषकांपैकी एक आहे. कृषी आणि टाकाऊ उत्पादनांपासून संश्लेषित केलेले एसी पारंपारिकपणे वापरल्या जाणाऱ्या अपारंपारिक आणि महागड्या स्रोतांसाठी एक उत्तम पर्याय असल्याचे सिद्ध झाले आहे. एसी तयार करण्यासाठी, कार्बनीकरण आणि सक्रियकरण या दोन मूलभूत प्रक्रिया वापरल्या जातात. पहिल्या प्रक्रियेत, सर्व अस्थिर घटक बाहेर काढण्यासाठी प्रिकर्सर्सना ४०० ते ८५०° सेल्सिअस दरम्यान उच्च तापमान दिले जाते. उच्च भारदस्त तापमानामुळे हायड्रोजन, ऑक्सिजन आणि नायट्रोजन सारखे सर्व नॉन-कार्बन घटक वायू आणि टारच्या स्वरूपात काढून टाकले जातात. या प्रक्रियेत उच्च-कार्बन सामग्री असलेले परंतु कमी पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ आणि सच्छिद्रता असलेले चार तयार होते. तथापि, दुसऱ्या टप्प्यात पूर्वी संश्लेषित चार सक्रिय करणे समाविष्ट आहे. सक्रियकरण प्रक्रियेदरम्यान छिद्रांचा आकार वाढवणे हे तीन प्रकारांमध्ये विभागले जाऊ शकते: पूर्वी प्रवेश न करता येणारे छिद्र उघडणे, निवडक सक्रियकरणाद्वारे नवीन छिद्रांचा विकास आणि विद्यमान छिद्रांचे रुंदीकरण.
सामान्यतः, इच्छित पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ आणि सच्छिद्रता मिळविण्यासाठी सक्रियतेसाठी भौतिक आणि रासायनिक असे दोन दृष्टिकोन वापरले जातात. भौतिक सक्रियतेमध्ये उच्च तापमानात (६५० ते ९००°C दरम्यान) हवा, कार्बन डायऑक्साइड आणि वाफेसारख्या ऑक्सिडायझिंग वायूंचा वापर करून कार्बनयुक्त चारचे सक्रियकरण समाविष्ट असते. कार्बन डायऑक्साइड सामान्यतः त्याच्या शुद्ध स्वरूपामुळे, हाताळणी सोपी आणि नियंत्रित करण्यायोग्य सक्रियकरण प्रक्रियेमुळे ८००°C च्या आसपास पसंत केला जातो. वाफेच्या तुलनेत कार्बन डायऑक्साइड सक्रियतेसह उच्च छिद्र एकरूपता मिळवता येते. तथापि, भौतिक सक्रियतेसाठी, कार्बन डायऑक्साइडच्या तुलनेत वाफेला जास्त प्राधान्य दिले जाते कारण तुलनेने जास्त पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ असलेले एसी तयार केले जाऊ शकते. पाण्याच्या लहान रेणू आकारामुळे, चारच्या संरचनेत त्याचे प्रसार कार्यक्षमतेने होते. वाफेद्वारे सक्रियकरण समान प्रमाणात रूपांतरण असलेल्या कार्बन डायऑक्साइडपेक्षा सुमारे दोन ते तीन पट जास्त असल्याचे आढळून आले आहे.
तथापि, रासायनिक दृष्टिकोनामध्ये प्रिकर्सर आणि सक्रिय घटक (NaOH, KOH, आणि FeCl3, इत्यादी) यांचे मिश्रण समाविष्ट असते. हे सक्रिय घटक ऑक्सिडंट तसेच निर्जलीकरण करणारे घटक म्हणून काम करतात. या दृष्टिकोनात, भौतिक दृष्टिकोनाच्या तुलनेत तुलनेने कमी तापमानात 300-500°C वर कार्बनायझेशन आणि सक्रियकरण एकाच वेळी केले जाते. परिणामी, ते पायरोलिटिक विघटनावर परिणाम करते आणि नंतर, सुधारित सच्छिद्र संरचनेचा विस्तार आणि उच्च कार्बन उत्पन्न देते. भौतिक दृष्टिकोनापेक्षा रासायनिक दृष्टिकोनाचे प्रमुख फायदे म्हणजे कमी तापमानाची आवश्यकता, उच्च सूक्ष्म पोरोसिटी संरचना, मोठे पृष्ठभाग क्षेत्र आणि कमीत कमी प्रतिक्रिया पूर्ण वेळ.
किम आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी प्रस्तावित केलेल्या मॉडेलच्या आधारे रासायनिक सक्रियकरण पद्धतीची श्रेष्ठता स्पष्ट केली जाऊ शकते [1] ज्यानुसार एसीमध्ये सूक्ष्म छिद्रांच्या निर्मितीसाठी जबाबदार असलेले विविध गोलाकार सूक्ष्म डोमेन आढळतात. दुसरीकडे, इंटरमायक्रोडोमेन प्रदेशांमध्ये मेसोपोर विकसित केले जातात. प्रायोगिकरित्या, त्यांनी रासायनिक (KOH वापरून) आणि भौतिक (स्टीम वापरून) सक्रियकरण (आकृती 1) द्वारे फिनॉल-आधारित रेझिनपासून सक्रिय कार्बन तयार केले. निकालांवरून असे दिसून आले की KOH सक्रियकरणाद्वारे संश्लेषित AC मध्ये स्टीम सक्रियकरणाद्वारे 2213 m2/g च्या तुलनेत 2878 m2/g चे उच्च पृष्ठभाग क्षेत्र होते. याव्यतिरिक्त, KOH-सक्रिय परिस्थितीत स्टीम सक्रियकरणाच्या तुलनेत छिद्र आकार, पृष्ठभाग क्षेत्र, सूक्ष्म छिद्र आकारमान आणि सरासरी छिद्र रुंदी यासारखे इतर घटक चांगले आढळले.

स्टीम अॅक्टिव्हेशन (C6S9) आणि KOH अॅक्टिव्हेशन (C6K9) पासून तयार केलेल्या एसीमधील फरक, अनुक्रमे, मायक्रोस्ट्रक्चर मॉडेलच्या संदर्भात स्पष्ट केले आहेत.

कण आकार आणि तयार करण्याच्या पद्धतीनुसार, ते तीन प्रकारांमध्ये वर्गीकृत केले जाऊ शकते: पॉवर्ड एसी, ग्रॅन्युलर एसी आणि बीड एसी. पॉवर्ड एसी हा १ मिमी आकाराच्या बारीक कणांपासून बनवला जातो ज्याचा सरासरी व्यास ०.१५-०.२५ मिमी असतो. ग्रॅन्युलर एसीचा आकार तुलनेने मोठा असतो आणि बाह्य पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ कमी असते. ग्रॅन्युलर एसी त्यांच्या परिमाण गुणोत्तरांनुसार विविध द्रव अवस्था आणि वायू अवस्था अनुप्रयोगांसाठी वापरला जातो. तृतीय श्रेणी: बीड एसी सामान्यतः ०.३५ ते ०.८ मिमी व्यासाच्या पेट्रोलियम पिचपासून संश्लेषित केला जातो. तो त्याच्या उच्च यांत्रिक शक्ती आणि कमी धूळ सामग्रीसाठी ओळखला जातो. त्याच्या गोलाकार रचनेमुळे पाणी गाळण्यासारख्या द्रवीकृत बेड अनुप्रयोगांमध्ये त्याचा मोठ्या प्रमाणात वापर केला जातो.