La procedura per la lavorazione del carbone attivo consiste tipicamente in una carbonizzazione seguita dall'attivazione del materiale carbonioso di origine vegetale. La carbonizzazione è un trattamento termico a 400-800 °C che converte le materie prime in carbone, riducendo al minimo il contenuto di sostanze volatili e aumentando il contenuto di carbonio del materiale. Questo aumenta la resistenza del materiale e crea una struttura porosa iniziale, necessaria per l'attivazione del carbone. La regolazione delle condizioni di carbonizzazione può influire significativamente sul prodotto finale. Un aumento della temperatura di carbonizzazione aumenta la reattività, ma allo stesso tempo riduce il volume dei pori presenti. Questa riduzione del volume dei pori è dovuta a un aumento della condensazione del materiale a temperature di carbonizzazione più elevate, che si traduce in un aumento della resistenza meccanica. Pertanto, diventa importante scegliere la temperatura di processo corretta in base al prodotto di carbonizzazione desiderato.
Questi ossidi diffondono dal carbonio, dando luogo a una gassificazione parziale che apre i pori precedentemente chiusi e sviluppa ulteriormente la struttura porosa interna del carbonio. Nell'attivazione chimica, il carbonio viene fatto reagire ad alte temperature con un agente disidratante che elimina la maggior parte dell'idrogeno e dell'ossigeno dalla struttura del carbonio. L'attivazione chimica spesso combina le fasi di carbonizzazione e attivazione, ma queste due fasi possono comunque avvenire separatamente a seconda del processo. Sono state riscontrate aree superficiali elevate, superiori a 3.000 m²/g, quando si utilizza KOH come agente attivante chimico.
Carbone attivo da diverse materie prime.
Oltre a essere un adsorbente utilizzato per molteplici scopi, il carbone attivo può essere prodotto da una vasta gamma di materie prime, il che lo rende un prodotto incredibilmente versatile, utilizzabile in molti settori diversi a seconda della materia prima disponibile. Tra questi materiali figurano gusci di piante, noccioli di frutta, materiali legnosi, asfalto, carburi metallici, carbon black, scarti di depurazione e scarti di polimeri. Diversi tipi di carbone, già presenti in una forma carboniosa con una struttura porosa sviluppata, possono essere ulteriormente lavorati per creare carbone attivo. Sebbene il carbone attivo possa essere prodotto da quasi tutte le materie prime, è più conveniente ed ecologico produrre carbone attivo da materiali di scarto. È stato dimostrato che i carboni attivi prodotti dai gusci di cocco presentano un elevato volume di micropori, il che li rende la materia prima più comunemente utilizzata per applicazioni in cui è richiesta un'elevata capacità di adsorbimento. Anche la segatura e altri scarti di legno contengono strutture microporose fortemente sviluppate, ideali per l'adsorbimento dalla fase gassosa. La produzione di carbone attivo da noccioli di oliva, prugna, albicocca e pesca produce adsorbenti altamente omogenei con durezza significativa, resistenza all'abrasione e un elevato volume di micropori. Gli scarti di PVC possono essere attivati previa rimozione dell'HCl, ottenendo un carbone attivo che è un buon adsorbente per il blu di metilene. Carboni attivi sono stati prodotti anche da scarti di pneumatici. Per distinguere tra l'ampia gamma di possibili precursori, è necessario valutare le proprietà fisiche risultanti dopo l'attivazione. Nella scelta di un precursore, sono importanti le seguenti proprietà: area superficiale specifica dei pori, volume dei pori e distribuzione del volume dei pori, composizione e dimensione dei granuli e struttura/carattere chimico della superficie del carbone.
La scelta del precursore corretto per la giusta applicazione è molto importante perché la varietà dei materiali precursori consente di controllare la struttura dei pori dei carboni. Diversi precursori contengono quantità variabili di macropori (> 50 nm), che ne determinano la reattività. Questi macropori non sono efficaci per l'adsorbimento, ma la loro presenza consente la creazione di più canali per la creazione di micropori durante l'attivazione. Inoltre, i macropori forniscono più percorsi per le molecole di adsorbito per raggiungere i micropori durante l'adsorbimento.
Data di pubblicazione: 01-04-2022