กระบวนการผลิตถ่านกัมมันต์

ขั้นตอนการประมวลผลถ่านกัมมันต์โดยทั่วไปประกอบด้วยการทำให้เป็นคาร์บอนตามด้วยการกระตุ้นวัสดุคาร์บอนจากแหล่งกำเนิดผัก คาร์บอไนเซชันคือการบำบัดความร้อนที่อุณหภูมิ 400-800°C ซึ่งจะแปลงวัตถุดิบให้เป็นคาร์บอนโดยการลดปริมาณสารระเหยและเพิ่มปริมาณคาร์บอนของวัสดุ สิ่งนี้จะเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุและสร้างโครงสร้างที่มีรูพรุนเริ่มต้นซึ่งจำเป็นหากต้องการเปิดใช้งานคาร์บอน การปรับสภาวะของคาร์บอไนเซชันอาจส่งผลต่อผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายอย่างมีนัยสำคัญ อุณหภูมิคาร์บอไนเซชันที่เพิ่มขึ้นจะเพิ่มปฏิกิริยา แต่ในขณะเดียวกันก็ลดปริมาตรของรูขุมขนที่มีอยู่ด้วย ปริมาตรของรูพรุนที่ลดลงนี้เกิดจากการควบแน่นของวัสดุที่เพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิคาร์บอไนเซชันที่สูงขึ้น ซึ่งทำให้มีความแข็งแรงเชิงกลเพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องเลือกอุณหภูมิกระบวนการที่ถูกต้องโดยพิจารณาจากผลิตภัณฑ์คาร์บอไนเซชันที่ต้องการ

ออกไซด์เหล่านี้กระจายออกจากคาร์บอน ทำให้เกิดการแปรสภาพเป็นแก๊สบางส่วน ซึ่งจะเปิดรูพรุนที่ถูกปิดไว้ก่อนหน้านี้ และพัฒนาโครงสร้างรูพรุนภายในของคาร์บอนต่อไป ในการกระตุ้นทางเคมี คาร์บอนจะถูกทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงด้วยสารทำให้แห้ง ซึ่งจะกำจัดไฮโดรเจนและออกซิเจนส่วนใหญ่ออกจากโครงสร้างคาร์บอน การกระตุ้นทางเคมีมักจะรวมขั้นตอนคาร์บอไนเซชันและการกระตุ้นเข้าด้วยกัน แต่สองขั้นตอนนี้อาจยังคงเกิดขึ้นแยกกัน ขึ้นอยู่กับกระบวนการ พบพื้นที่ผิวสูงเกิน 3,000 m2 /g เมื่อใช้ KOH เป็นสารกระตุ้นทางเคมี

ถ่านกัมมันต์จากวัตถุดิบที่แตกต่างกัน

นอกเหนือจากการเป็นตัวดูดซับที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ มากมายแล้ว ถ่านกัมมันต์ยังสามารถผลิตได้จากวัตถุดิบที่หลากหลาย ทำให้เป็นผลิตภัณฑ์อเนกประสงค์อย่างไม่น่าเชื่อซึ่งสามารถผลิตได้ในหลายพื้นที่ ขึ้นอยู่กับวัตถุดิบที่มีอยู่ วัสดุเหล่านี้บางส่วนได้แก่ เปลือกพืช หินผลไม้ วัสดุไม้ ยางมะตอย โลหะคาร์ไบด์ คาร์บอนแบล็ก เศษซากจากสิ่งปฏิกูล และเศษโพลีเมอร์ ถ่านหินประเภทต่างๆ ซึ่งมีอยู่แล้วในรูปแบบคาร์บอน 5 ชนิดและมีโครงสร้างรูพรุนที่พัฒนาแล้ว สามารถนำไปแปรรูปเพิ่มเติมเพื่อสร้างถ่านกัมมันต์ได้ แม้ว่าถ่านกัมมันต์สามารถผลิตได้จากวัตถุดิบเกือบทุกชนิด แต่ก็คุ้มค่าที่สุดและคำนึงถึงสิ่งแวดล้อมในการผลิตถ่านกัมมันต์จากวัสดุเหลือใช้ ถ่านกัมมันต์ที่ผลิตจากกะลามะพร้าวแสดงให้เห็นว่ามีไมโครรูขุมขนในปริมาณสูง จึงเป็นวัตถุดิบที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับการใช้งานที่ต้องการความสามารถในการดูดซับสูง ขี้เลื่อยและเศษไม้อื่นๆ ยังมีโครงสร้างพรุนขนาดเล็กที่ได้รับการพัฒนาอย่างมาก ซึ่งเหมาะสำหรับการดูดซับจากเฟสก๊าซ การผลิตถ่านกัมมันต์จากหินมะกอก พลัม แอปริคอท และพีช ทำให้ได้ตัวดูดซับที่เป็นเนื้อเดียวกันสูง มีความแข็ง ทนทานต่อการเสียดสี และมีปริมาตรไมโครพอร์สูง เศษ PVC สามารถเปิดใช้งานได้หากกำจัด HCl ออกไปล่วงหน้า และส่งผลให้เกิดถ่านกัมมันต์ซึ่งเป็นตัวดูดซับที่ดีสำหรับเมทิลีนบลู ถ่านกัมมันต์ยังผลิตจากเศษยางรถยนต์อีกด้วย เพื่อที่จะแยกแยะระหว่างสารตั้งต้นที่เป็นไปได้ที่หลากหลาย จำเป็นต้องประเมินคุณสมบัติทางกายภาพที่เกิดขึ้นหลังจากการเปิดใช้งาน เมื่อเลือกสารตั้งต้น คุณสมบัติต่อไปนี้มีความสำคัญ: พื้นที่ผิวจำเพาะของรูพรุน ปริมาตรรูพรุนและการกระจายปริมาตรรูพรุน องค์ประกอบและขนาดของเม็ด และโครงสร้าง/ลักษณะทางเคมีของพื้นผิวคาร์บอน

การเลือกสารตั้งต้นที่ถูกต้องสำหรับการใช้งานที่เหมาะสมเป็นสิ่งสำคัญมาก เนื่องจากการแปรผันของวัสดุสารตั้งต้นช่วยให้สามารถควบคุมโครงสร้างรูพรุนของคาร์บอนได้ สารตั้งต้นที่แตกต่างกันมีจำนวนมาโครพอร์ที่แตกต่างกัน (> 50 นาโนเมตร) ซึ่ง 6 ตัวกำหนดปฏิกิริยาของพวกมัน แมคโครพอร์เหล่านี้ไม่มีประสิทธิผลในการดูดซับ แต่การมีอยู่ของพวกมันทำให้มีช่องทางในการสร้างไมโครพอร์มากขึ้นระหว่างการกระตุ้น นอกจากนี้ แมคโครพอร์ยังให้เส้นทางมากขึ้นสำหรับโมเลกุลของตัวดูดซับเพื่อไปถึงไมโครพอร์ระหว่างการดูดซับ