Ակտիվացված ածխածնի ներդրում

Ակտիվացված ածուխը (ԱԿ) վերաբերում է բարձր ծակոտկենությամբ և կլանման ունակություն ունեցող բարձր ածխածնային նյութերին, որոնք արտադրվում են փայտից, կոկոսի կճեպներից, ածուխից և կոներից և այլն: ԱԿ-ն հաճախ օգտագործվող ադսորբենտներից մեկն է, որն օգտագործվում է տարբեր արդյունաբերություններում՝ ջրային և օդային մարմիններից բազմաթիվ աղտոտիչներ հեռացնելու համար: Քանի որ ԱԿ-ն սինթեզվում է գյուղատնտեսական և թափոններից, այն ապացուցել է իր գործունեությունը որպես ավանդականորեն օգտագործվող չվերականգնվող և թանկ աղբյուրների հիանալի այլընտրանք: ԱԿ-ի պատրաստման համար օգտագործվում են երկու հիմնական գործընթաց՝ ածխացում և ակտիվացում: Առաջին գործընթացում նախորդ նյութերը ենթարկվում են բարձր ջերմաստիճանների՝ 400-ից 850°C-ի սահմաններում, որպեսզի դուրս մղվեն բոլոր ցնդող բաղադրիչները: Բարձր ջերմաստիճանը նախորդ նյութից հեռացնում է բոլոր ոչ ածխածնային բաղադրիչները, ինչպիսիք են ջրածինը, թթվածինը և ազոտը՝ գազերի և խեժերի տեսքով: Այս գործընթացը առաջացնում է բարձր ածխածնային պարունակությամբ, բայց ցածր մակերեսային մակերեսով և ծակոտկենությամբ ածուխ: Այնուամենայնիվ, երկրորդ քայլը ներառում է նախկինում սինթեզված ածխի ակտիվացումը: Ակտիվացման գործընթացի ընթացքում ծակոտիների չափի մեծացումը կարելի է դասակարգել երեքի՝ նախկինում անհասանելի ծակոտիների բացում, ընտրողական ակտիվացման միջոցով նոր ծակոտիների առաջացում և առկա ծակոտիների լայնացում:
Սովորաբար, ցանկալի մակերեսային մակերես և ծակոտկենություն ստանալու համար ակտիվացման համար օգտագործվում են երկու մոտեցում՝ ֆիզիկական և քիմիական: Ֆիզիկական ակտիվացումը ներառում է ածխածնի ակտիվացումը՝ օգտագործելով օքսիդացնող գազեր, ինչպիսիք են օդը, ածխաթթու գազը և գոլորշին, բարձր ջերմաստիճաններում (650-ից 900°C): Ածխաթթու գազը սովորաբար նախընտրելի է իր մաքուր բնույթի, հեշտ օգտագործման և մոտ 800°C ջերմաստիճանում կառավարելի ակտիվացման գործընթացի շնորհիվ: Ածխաթթու գազի ակտիվացմամբ կարելի է ստանալ ծակոտիների բարձր միատարրություն՝ համեմատած գոլորշու հետ: Այնուամենայնիվ, ֆիզիկական ակտիվացման համար գոլորշին շատ ավելի նախընտրելի է ածխաթթու գազի համեմատ, քանի որ կարելի է արտադրել համեմատաբար մեծ մակերեսային մակերես ունեցող AC: Ջրի փոքր մոլեկուլային չափի պատճառով դրա դիֆուզիան ածխի կառուցվածքում արդյունավետ է: Պարզվել է, որ գոլորշու միջոցով ակտիվացումը մոտ երկու-երեք անգամ ավելի բարձր է, քան նույն աստիճանի փոխակերպման ածխաթթու գազով:
Սակայն քիմիական մոտեցումը ենթադրում է նախորդ նյութի խառնումը ակտիվացնող նյութերի հետ (NaOH, KOH և FeCl3 և այլն): Այս ակտիվացնող նյութերը գործում են որպես օքսիդացնողներ, ինչպես նաև որպես ջրազրկող նյութեր: Այս մոտեցման դեպքում ածխացումը և ակտիվացումը կատարվում են միաժամանակ համեմատաբար ցածր՝ 300-500°C ջերմաստիճանում՝ ֆիզիկական մոտեցման համեմատ: Արդյունքում, այն ազդում է պիրոլիտիկ քայքայման վրա, որն այնուհետև հանգեցնում է բարելավված ծակոտկեն կառուցվածքի ընդլայնմանը և ածխածնի բարձր ելքի: Ֆիզիկական մոտեցման համեմատ քիմիական մոտեցման հիմնական առավելություններն են ցածր ջերմաստիճանի պահանջը, բարձր միկրոծակոտկեն կառուցվածքները, մեծ մակերեսը և ռեակցիայի ավարտի ժամանակի նվազագույնի հասցնելը:
Քիմիական ակտիվացման մեթոդի գերազանցությունը կարելի է բացատրել Կիմի և նրա գործընկերների կողմից առաջարկված մոդելի [1] հիման վրա, որի համաձայն՝ միկրոծակոտիների առաջացման համար պատասխանատու տարբեր գնդաձև միկրոտիրույթներ հայտնաբերվում են AC-ում: Մյուս կողմից, մեզոծակոտիները զարգանում են միջմիկրոտիրույթներային շրջաններում: Փորձարարականորեն, նրանք ակտիվացված ածուխ են առաջացրել ֆենոլային խեժից՝ քիմիական (KOH-ի միջոցով) և ֆիզիկական (գոլորշու միջոցով) ակտիվացման միջոցով (Նկար 1): Արդյունքները ցույց են տվել, որ KOH ակտիվացմամբ սինթեզված AC-ն ուներ բարձր մակերեսային մակերես՝ 2878 մ2/գ, համեմատած գոլորշու ակտիվացմամբ 2213 մ2/գ-ի հետ: Բացի այդ, այլ գործոններ, ինչպիսիք են ծակոտիների չափը, մակերեսային մակերեսը, միկրոծակոտիների ծավալը և ծակոտիների միջին լայնությունը, բոլորն էլ ավելի լավ են ազդել KOH-ակտիվացված պայմաններում՝ համեմատած գոլորշու ակտիվացման հետ:

Գոլորշու ակտիվացումից (C6S9) և KOH ակտիվացումից (C6K9) պատրաստված AC-ի տարբերությունները, համապատասխանաբար, բացատրվում են միկրոկառուցվածքային մոդելի տեսանկյունից։

Կախված մասնիկների չափից և պատրաստման եղանակից՝ այն կարելի է դասակարգել երեք տեսակի՝ էլեկտրական փոփոխական հոսանք, հատիկավոր և գնդաձև փոփոխական հոսանք։ Սնուցված փոփոխական հոսանքը ստացվում է 1 մմ չափի մանր հատիկներից՝ 0.15-0.25 մմ միջին տրամագծով։ Հատիկավոր փոփոխական հոսանքն ունի համեմատաբար ավելի մեծ չափսեր և ավելի փոքր արտաքին մակերես։ Հատիկավոր փոփոխական հոսանքն օգտագործվում է հեղուկ և գազային փուլի տարբեր կիրառությունների համար՝ կախված դրանց չափերի հարաբերակցությունից։ Երրորդ դաս՝ գնդաձև փոփոխական հոսանքը սովորաբար սինթեզվում է նավթային խեժից՝ 0.35-ից 0.8 մմ տրամագծով։ Այն հայտնի է իր բարձր մեխանիկական ամրությամբ և փոշու ցածր պարունակությամբ։ Այն լայնորեն օգտագործվում է հեղուկացված շերտի կիրառություններում, ինչպիսին է ջրի ֆիլտրացիան՝ իր գնդաձև կառուցվածքի շնորհիվ։