Ակտիվացված ածխածնի ներդրում

Ակտիվացված ածխածինը (AC) վերաբերում է բարձր ածխածնային նյութերին, որոնք ունեն բարձր ծակոտկենություն և ներծծման ունակություն, որոնք արտադրվում են փայտից, կոկոսի կեղևներից, ածուխից և կոններից և այլն: AC-ը հաճախ օգտագործվող ադսորբենտներից է, որն օգտագործվում է տարբեր ոլորտներում բազմաթիվ աղտոտիչների հեռացման համար: ջրային և օդային մարմիններից. Քանի որ AC-ը սինթեզվում է գյուղատնտեսական և թափոնների արտադրանքներից, այն ապացուցել է, որ այն հիանալի այլընտրանք է ավանդաբար օգտագործվող չվերականգնվող և թանկարժեք աղբյուրներին: AC-ի պատրաստման համար օգտագործվում են երկու հիմնական գործընթաց՝ կարբոնացում և ակտիվացում։ Առաջին գործընթացում պրեկուրսորները ենթարկվում են բարձր ջերմաստիճանների՝ 400-ից 850°C-ի սահմաններում, որպեսզի դուրս մղվեն բոլոր ցնդող բաղադրիչները: Բարձր բարձր ջերմաստիճանը հեռացնում է բոլոր ոչ ածխածնային բաղադրիչները պրեկուրսորից, ինչպիսիք են ջրածինը, թթվածինը և ազոտը գազերի և խեժերի տեսքով: Այս պրոցեսն արտադրում է ածխածնի բարձր պարունակություն, բայց ցածր մակերես և ծակոտկենություն: Այնուամենայնիվ, երկրորդ քայլը ներառում է նախկինում սինթեզված ածխի ակտիվացումը: Ակտիվացման գործընթացում ծակոտիների չափի մեծացումը կարելի է դասակարգել երեքի` նախկինում անհասանելի ծակոտիների բացում, ընտրովի ակտիվացման միջոցով նոր ծակոտիների զարգացում և առկա ծակոտիների լայնացում:
Սովորաբար, երկու մոտեցում՝ ֆիզիկական և քիմիական, օգտագործվում են ակտիվացման համար՝ ցանկալի մակերեսը և ծակոտկենությունը ստանալու համար: Ֆիզիկական ակտիվացումը ներառում է ածխածնի ակտիվացում՝ օգտագործելով օքսիդացնող գազեր, ինչպիսիք են օդը, ածխաթթու գազը և գոլորշին բարձր ջերմաստիճաններում (650-ից մինչև 900°C): Ածխածնի երկօքսիդը սովորաբար նախընտրելի է իր մաքուր բնույթի, հեշտ բեռնաթափման և վերահսկելի ակտիվացման գործընթացի պատճառով՝ մոտ 800°C ջերմաստիճանում: Ծակոտիների բարձր միատեսակությունը կարելի է ձեռք բերել գոլորշու համեմատ ածխածնի երկօքսիդի ակտիվացմամբ: Այնուամենայնիվ, ֆիզիկական ակտիվացման համար գոլորշին շատ նախընտրելի է ածխածնի երկօքսիդի համեմատ, քանի որ կարող է արտադրվել համեմատաբար բարձր մակերեսով AC: Ջրի մոլեկուլի փոքր չափի պատճառով դրա տարածումը ածխի կառուցվածքում արդյունավետ է տեղի ունենում: Պարզվել է, որ գոլորշու միջոցով ակտիվացումը մոտ երկու-երեք անգամ ավելի բարձր է, քան փոխակերպման նույն աստիճանով ածխածնի երկօքսիդը:
Այնուամենայնիվ, քիմիական մոտեցումը ներառում է պրեկուրսորի խառնումը ակտիվացնող նյութերի հետ (NaOH, KOH և FeCl3 և այլն): Այս ակտիվացնող նյութերը գործում են որպես օքսիդանտներ, ինչպես նաև ջրազրկող նյութեր: Այս մոտեցման դեպքում կարբոնացումը և ակտիվացումը կատարվում են միաժամանակ համեմատաբար ավելի ցածր ջերմաստիճանում 300-500°C, համեմատած ֆիզիկական մոտեցման հետ: Արդյունքում, այն ազդում է պիրոլիտիկ տարրալուծման վրա և, այնուհետև, հանգեցնում է ծակոտկեն կառուցվածքի բարելավման և ածխածնի բարձր ելքի ընդլայնմանը: Քիմիական մոտեցման հիմնական առավելություններն են՝ ցածր ջերմաստիճանի պահանջը, բարձր միկրոծակոտկեն կառուցվածքը, մեծ մակերեսը և ռեակցիայի ավարտի նվազագույն ժամանակը:
Քիմիական ակտիվացման մեթոդի գերազանցությունը կարելի է բացատրել Քիմի և նրա գործընկերների կողմից առաջարկված մոդելի հիման վրա [1], ըստ որի AC-ում հայտնաբերվել են տարբեր գնդաձև միկրոտիրույթներ, որոնք պատասխանատու են միկրոծակերի ձևավորման համար։ Մյուս կողմից, մեզոպորները զարգացած են միջմիկրոդոմեյնային շրջաններում։ Փորձնականորեն նրանք ֆենոլի վրա հիմնված խեժից ձևավորեցին ակտիվացված ածխածին քիմիական (օգտագործելով KOH) և ֆիզիկական (գոլորշու օգտագործմամբ) ակտիվացում (Նկար 1): Արդյունքները ցույց են տվել, որ KOH-ի ակտիվացման միջոցով սինթեզված AC-ն ուներ 2878 մ2/գ մակերեսի բարձր մակերես՝ գոլորշու ակտիվացման 2213 մ2/գ-ի համեմատ: Բացի այդ, այլ գործոններ, ինչպիսիք են ծակոտիների չափը, մակերեսի մակերեսը, միկրոծակերի ծավալը և ծակոտի միջին լայնությունը, բոլորն էլ ավելի լավ են գտնվել KOH-ակտիվացված պայմաններում, քան գոլորշու ակտիվացումը:

Գոլորշի ակտիվացումից (C6S9) և KOH ակտիվացումից (C6K9) AC-ի միջև տարբերությունները, համապատասխանաբար, բացատրվում են միկրոկառուցվածքի մոդելի տեսանկյունից:

Կախված մասնիկների չափից և պատրաստման եղանակից՝ այն կարելի է դասակարգել երեք տեսակի՝ սնուցվող AC, հատիկավոր AC և բշտիկավոր AC: Էլեկտրական AC-ը ձևավորվում է 1 մմ չափի նուրբ հատիկներից, միջին տրամագծի միջակայքը 0,15-0,25 մմ: Granular AC-ն ունի համեմատաբար ավելի մեծ չափսեր և ավելի քիչ արտաքին մակերես: Հատիկավոր AC օգտագործվում են տարբեր հեղուկ փուլերի և գազային փուլերի կիրառման համար՝ կախված դրանց չափերի հարաբերակցությունից: Երրորդ դաս. բշտիկ AC-ը սովորաբար սինթեզվում է նավթային սկիպիդարից, որի տրամագիծը տատանվում է 0,35-ից մինչև 0,8 մմ: Այն հայտնի է իր բարձր մեխանիկական ուժով և փոշու ցածր պարունակությամբ: Այն լայնորեն օգտագործվում է հեղուկացված մահճակալի կիրառություններում, ինչպիսիք են ջրի ֆիլտրացումը՝ շնորհիվ իր գնդաձև կառուցվածքի: