활성탄 도입

활성탄(AC)은 목재, 코코넛 껍질, 석탄, 원뿔 등에서 생산되는 높은 다공성과 흡착 능력을 갖는 고탄소 물질을 말합니다. AC는 수많은 오염물질 제거를 위해 다양한 산업 분야에서 자주 사용되는 흡착제 중 하나입니다. 물과 공중에서. 농업 및 폐기물로부터 합성된 AC는 전통적으로 재생 불가능하고 값비싼 자원에 대한 훌륭한 대안임이 입증되었습니다. AC를 제조하려면 탄화와 활성화라는 두 가지 기본 공정이 사용됩니다. 첫 번째 공정에서는 전구체를 400~850°C의 고온에 노출시켜 모든 휘발성 성분을 제거합니다. 높은 온도는 가스 및 타르 형태의 수소, 산소, 질소와 같은 전구체로부터 모든 비탄소 성분을 제거합니다. 이 공정에서는 탄소 함량이 높지만 표면적과 다공성이 낮은 숯이 생성됩니다. 그러나 두 번째 단계에는 이전에 합성된 char의 활성화가 포함됩니다. 활성화 과정에서 모공 크기 증가는 이전에 접근할 수 없었던 모공을 열어주는 것, 선택적 활성화를 통해 새로운 모공을 발달시키는 것, 기존 모공을 넓혀주는 세 가지로 분류할 수 있습니다.
일반적으로 원하는 표면적과 다공성을 얻기 위한 활성화에는 물리적 및 화학적 두 가지 접근 방식이 사용됩니다. 물리적 활성화는 고온(650~900°C)에서 공기, 이산화탄소, 증기와 같은 산화성 가스를 사용하여 탄화된 숯을 활성화하는 것과 관련됩니다. 이산화탄소는 일반적으로 순수한 성질, 취급 용이성, 약 800°C에서 제어 가능한 활성화 과정으로 인해 선호됩니다. 증기에 비해 이산화탄소 활성화로 높은 기공 균일성을 얻을 수 있습니다. 그러나 물리적 활성화를 위해서는 비교적 높은 표면적을 갖는 AC를 생산할 수 있기 때문에 이산화탄소에 비해 증기가 훨씬 선호됩니다. 물의 분자 크기가 작기 때문에 숯 구조 내에서 물의 확산이 효율적으로 발생합니다. 증기에 의한 활성화는 동일한 전환율의 이산화탄소보다 약 2~3배 더 높은 것으로 밝혀졌습니다.
그러나 화학적 접근 방식에는 전구체와 활성화제(NaOH, KOH, FeCl3 등)를 혼합하는 방법이 포함됩니다. 이러한 활성화제는 탈수제뿐만 아니라 산화제 역할도 합니다. 이 접근법에서는 물리적 접근법에 비해 비교적 낮은 온도인 300~500°C에서 탄화와 활성화가 동시에 수행됩니다. 결과적으로 열분해에 영향을 주어 다공성 구조가 확장되고 탄소수율이 높아집니다. 물리적 접근 방식에 비해 화학적 접근 방식의 주요 이점은 낮은 온도 요구 사항, 높은 미세 다공성 구조, 넓은 표면적 및 최소화된 반응 완료 시간입니다.
화학적 활성화 방법의 우수성은 Kim과 그의 동료들이 제안한 모델([1])에 기초하여 설명할 수 있는데, 이 모델에 따르면 미세 기공 형성을 담당하는 다양한 구형 미세 도메인이 AC에서 발견됩니다. 반면에, 중간세공은 마이크로도메인 간 영역에서 발달합니다. 실험적으로 그들은 화학적(KOH 사용) 및 물리적(증기 사용) 활성화를 통해 페놀 기반 수지로부터 활성탄을 형성했습니다(그림 1). 결과는 KOH 활성화에 의해 합성된 AC가 증기 활성화에 의한 2213m2/g에 비해 2878m2/g의 높은 표면적을 갖는 것으로 나타났습니다. 또한, 기공 크기, 표면적, 미세 기공 부피 및 평균 기공 폭과 같은 기타 요인은 모두 증기 활성화에 비해 KOH 활성화 조건에서 더 나은 것으로 나타났습니다.

증기 활성화로 제조된 AC(C6S9)와 KOH 활성화(C6K9)의 차이점을 각각 미세구조 모델을 통해 설명합니다.

입자 크기와 제조 방법에 따라 전원 AC, 입상 AC, 비드 AC의 세 가지 유형으로 분류됩니다. 전동 AC는 평균 직경 범위가 0.15-0.25mm이고 크기가 1mm인 미세한 과립으로 형성됩니다. 세분화된 AC는 비교적 크기가 크고 외부 표면적이 적습니다. 입상 AC는 치수 비율에 따라 다양한 액체상 및 기체상 응용 분야에 사용됩니다. 세 번째 클래스: 비드 AC는 일반적으로 직경이 0.35~0.8mm인 석유 피치에서 합성됩니다. 기계적 강도가 높고 분진 함량이 낮은 것으로 알려져 있습니다. 구형 구조로 인해 물 여과와 같은 유동층 응용 분야에 광범위하게 활용됩니다.