Il carbone attivo (AC) si riferisce ai materiali altamente carboniosi con elevata porosità e capacità di assorbimento prodotti da legno, gusci di cocco, carbone e coni, ecc. L'AC è uno degli adsorbenti frequentemente utilizzati in vari settori per la rimozione di numerosi inquinanti dai corpi idrici e aerei. Poiché l'AC sintetizzata da prodotti agricoli e di scarto, si è rivelata un'ottima alternativa alle fonti costose e non rinnovabili tradizionalmente utilizzate. Per la preparazione dell'AC vengono utilizzati due processi fondamentali, carbonizzazione e attivazione. Nel primo processo i precursori vengono sottoposti ad alte temperature, comprese tra 400 e 850°C, per espellere tutti i componenti volatili. La temperatura elevata rimuove tutti i componenti non carboniosi dal precursore come idrogeno, ossigeno e azoto sotto forma di gas e catrami. Questo processo produce carbone con un alto contenuto di carbonio ma una bassa area superficiale e porosità. Tuttavia, la seconda fase prevede l'attivazione del carattere precedentemente sintetizzato. L’aumento della dimensione dei pori durante il processo di attivazione può essere classificato in tre categorie: apertura di pori precedentemente inaccessibili, sviluppo di nuovi pori mediante attivazione selettiva e allargamento dei pori esistenti.
Di solito, per l'attivazione vengono utilizzati due approcci, fisico e chimico, per ottenere l'area superficiale e la porosità desiderate. L'attivazione fisica prevede l'attivazione del carbone carbonizzato utilizzando gas ossidanti come aria, anidride carbonica e vapore a temperature elevate (tra 650 e 900°C). L'anidride carbonica è solitamente preferita per la sua natura pura, la sua facile manipolazione e il processo di attivazione controllabile intorno agli 800°C. È possibile ottenere un'elevata uniformità dei pori con l'attivazione dell'anidride carbonica rispetto al vapore. Tuttavia, per l'attivazione fisica, il vapore è di gran lunga preferito rispetto all'anidride carbonica poiché può essere prodotta AC con un'area superficiale relativamente elevata. A causa della dimensione molecolare più piccola dell'acqua, la sua diffusione all'interno della struttura del carbone avviene in modo efficiente. È stato riscontrato che l'attivazione tramite vapore è circa due o tre volte superiore rispetto all'anidride carbonica con lo stesso grado di conversione.
Tuttavia, l'approccio chimico prevede la miscelazione del precursore con agenti attivanti (NaOH, KOH e FeCl3, ecc.). Questi agenti attivanti agiscono come ossidanti e agenti disidratanti. In questo approccio, la carbonizzazione e l'attivazione vengono effettuate simultaneamente a una temperatura comparativamente inferiore di 300-500°C rispetto all'approccio fisico. Di conseguenza, effettua la decomposizione pirolitica e, quindi, determina l'espansione della struttura porosa migliorata e un'elevata resa di carbonio. I principali vantaggi dell'approccio chimico rispetto a quello fisico sono il requisito di bassa temperatura, strutture ad elevata microporosità, ampia area superficiale e tempi di completamento della reazione ridotti al minimo.
La superiorità del metodo di attivazione chimica può essere spiegata sulla base di un modello proposto da Kim e collaboratori [1] secondo il quale nell'AC si trovano vari microdomini sferici responsabili della formazione di micropori. D'altra parte, i mesopori si sviluppano nelle regioni intermicrodominio. Sperimentalmente, hanno formato carbone attivo da resina a base fenolica mediante attivazione chimica (usando KOH) e fisica (usando vapore) (Figura 1). I risultati hanno mostrato che l'AC sintetizzata mediante l'attivazione di KOH possedeva un'elevata area superficiale di 2878 m2/g rispetto a 2213 m2/g mediante l'attivazione del vapore. Inoltre, altri fattori come la dimensione dei pori, l'area superficiale, il volume dei micropori e la larghezza media dei pori sono risultati tutti migliori in condizioni attivate con KOH rispetto a quelle attivate con vapore.
Le differenze tra AC preparato dall'attivazione del vapore (C6S9) e dall'attivazione KOH (C6K9), rispettivamente, spiegate in termini di modello microstrutturale.
A seconda della dimensione delle particelle e del metodo di preparazione, può essere classificato in tre tipi: AC alimentato, AC granulare e AC in granuli. La corrente alternata alimentata è formata da granuli fini di dimensioni 1 mm con diametro medio compreso tra 0,15 e 0,25 mm. L'AC granulare ha dimensioni relativamente maggiori e una superficie esterna inferiore. Gli AC granulari vengono utilizzati per varie applicazioni in fase liquida e fase gassosa a seconda dei rapporti dimensionali. Terza classe: il cordone AC è generalmente sintetizzato dalla pece petrolifera con diametro compreso tra 0,35 e 0,8 mm. È noto per la sua elevata resistenza meccanica e il basso contenuto di polvere. È ampiamente utilizzato in applicazioni a letto fluidizzato come la filtrazione dell'acqua grazie alla sua struttura sferica.
Orario di pubblicazione: 18 giugno 2022