Aktiivihiilen käsittelyprosessi koostuu tyypillisesti hiilestyksestä, jota seuraa kasviperäisen hiilipitoisen materiaalin aktivointi. Hiilestys on 400–800 °C:ssa tehtävä lämpökäsittely, joka muuntaa raaka-aineet hiileksi minimoimalla haihtuvien aineiden pitoisuuden ja lisäämällä materiaalin hiilipitoisuutta. Tämä lisää materiaalin lujuutta ja luo alkurakenteen, joka on välttämätön, jos hiili halutaan aktivoida. Hiilestysolosuhteiden säätäminen voi vaikuttaa lopputuotteeseen merkittävästi. Korkeampi hiilestymislämpötila lisää reaktiivisuutta, mutta samalla vähentää läsnä olevien huokosten määrää. Tämä huokosten määrän väheneminen johtuu materiaalin tiivistymisen lisääntymisestä korkeammissa hiilestymislämpötiloissa, mikä johtaa mekaanisen lujuuden kasvuun. Siksi on tärkeää valita oikea prosessilämpötila halutun hiilestymistuotteen perusteella.
Nämä oksidit diffundoituvat hiilestä, mikä johtaa osittaiseen kaasuuntumiseen, joka avaa aiemmin suljetut huokoset ja kehittää edelleen hiilen sisäistä huokoista rakennetta. Kemiallisessa aktivoinnissa hiili reagoi korkeissa lämpötiloissa dehydratointiaineen kanssa, joka poistaa suurimman osan vedystä ja hapesta hiilirakenteesta. Kemiallinen aktivointi yhdistää usein hiilestymis- ja aktivointivaiheen, mutta nämä kaksi vaihetta voivat silti tapahtua erikseen prosessista riippuen. KOH:ta käytettäessä kemiallisena aktivointiaineena on havaittu suuria pinta-aloja, yli 3 000 m2/g.
Aktiivihiili eri raaka-aineista.
Sen lisäksi, että aktiivihiiltä käytetään moniin eri tarkoituksiin adsorbenttina, sitä voidaan valmistaa useista eri raaka-aineista, mikä tekee siitä uskomattoman monipuolisen tuotteen, jota voidaan tuottaa monilla eri alueilla saatavilla olevasta raaka-aineesta riippuen. Joitakin näistä materiaaleista ovat kasvien kuoret, hedelmien kivet, puumateriaalit, asfaltti, metallikarbidit, noki, jätevesien romujätteet ja polymeerijätteet. Erilaisia kivihiilityyppejä, jotka ovat jo olemassa hiilipitoisessa muodossa ja joilla on kehittynyt huokosrakenne, voidaan edelleen käsitellä aktiivihiilen valmistamiseksi. Vaikka aktiivihiiltä voidaan valmistaa lähes mistä tahansa raaka-aineesta, on kustannustehokkainta ja ympäristöystävällisintä valmistaa aktiivihiiltä jätemateriaaleista. Kookospähkinän kuorista valmistetuissa aktiivihiileissä on osoitettu olevan suuria mikrohuokosmääriä, mikä tekee niistä yleisimmin käytetyn raaka-aineen sovelluksissa, joissa tarvitaan suurta adsorptiokykyä. Sahanpuru ja muut puujätteet sisältävät myös voimakkaasti kehittyneitä mikrohuokoisia rakenteita, jotka soveltuvat hyvin adsorboimaan kaasufaasista. Aktiivihiilen valmistaminen oliivin, luumun, aprikoosin ja persikan kivestä tuottaa erittäin homogeenisia adsorbentteja, joilla on merkittävä kovuus, hankauksenkestävyys ja suuri mikrohuokostilavuus. PVC-romu voidaan aktivoida, jos HCl poistetaan etukäteen, jolloin saadaan aktiivihiiltä, joka on hyvä metyleenisinin adsorbentti. Aktiivihiiltä on valmistettu jopa rengasromusta. Jotta voidaan erottaa toisistaan laaja valikoima mahdollisia lähtöaineita, on tarpeen arvioida aktivoinnin jälkeen syntyvät fysikaaliset ominaisuudet. Lähtöainetta valittaessa seuraavat ominaisuudet ovat tärkeitä: huokosten ominaispinta-ala, huokostilavuus ja huokostilavuuksien jakauma, rakeiden koostumus ja koko sekä hiilipinnan kemiallinen rakenne/luonne.
Oikean lähtöaineen valinta oikeaan sovellukseen on erittäin tärkeää, koska lähtöaineiden vaihtelu mahdollistaa hiilien huokosrakenteen hallitsemisen. Eri lähtöaineet sisältävät vaihtelevia määriä makrohuokosia (> 50 nm), mikä määrää niiden reaktiivisuuden. Nämä makrohuokoset eivät ole tehokkaita adsorptiossa, mutta niiden läsnäolo mahdollistaa useampien kanavien muodostumisen mikrohuokosille aktivoinnin aikana. Lisäksi makrohuokoset tarjoavat adsorbaattimolekyyleille enemmän reittejä päästä mikrohuokosiin adsorption aikana.
Julkaisun aika: 1. huhtikuuta 2022