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 (utilizzando KOH) e fisica (utilizzando 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