กระบวนการผลิตถ่านกัมมันต์

กระบวนการผลิตถ่านกัมมันต์โดยทั่วไปประกอบด้วยการคาร์บอนไนเซชัน ตามด้วยการกระตุ้นวัสดุคาร์บอนจากพืช การคาร์บอนไนเซชันคือการให้ความร้อนที่อุณหภูมิ 400-800°C ซึ่งจะเปลี่ยนวัตถุดิบให้เป็นคาร์บอนโดยลดปริมาณสารระเหยและเพิ่มปริมาณคาร์บอนในวัสดุ กระบวนการนี้จะเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุและสร้างโครงสร้างรูพรุนเริ่มต้น ซึ่งจำเป็นสำหรับการกระตุ้นถ่านกัมมันต์ การปรับสภาวะการคาร์บอนไนเซชันสามารถส่งผลต่อผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายได้อย่างมาก อุณหภูมิการคาร์บอนไนเซชันที่สูงขึ้นจะเพิ่มปฏิกิริยา แต่ในขณะเดียวกันก็ลดปริมาณรูพรุนลง ปริมาณรูพรุนที่ลดลงนี้เกิดจากการควบแน่นของวัสดุที่เพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิการคาร์บอนไนเซชันที่สูงขึ้น ซึ่งส่งผลให้ความแข็งแรงเชิงกลเพิ่มขึ้น ดังนั้น การเลือกอุณหภูมิของกระบวนการที่ถูกต้องตามผลิตภัณฑ์คาร์บอนไนเซชันที่ต้องการจึงมีความสำคัญ

ออกไซด์เหล่านี้จะแพร่กระจายออกจากคาร์บอน ส่งผลให้เกิดการกลายเป็นแก๊สบางส่วน ซึ่งจะเปิดรูพรุนที่เคยปิดอยู่ และพัฒนาโครงสร้างรูพรุนภายในของคาร์บอนให้ดียิ่งขึ้น ในกระบวนการกระตุ้นทางเคมี คาร์บอนจะทำปฏิกิริยากับสารดูดความชื้นที่อุณหภูมิสูง ซึ่งจะกำจัดไฮโดรเจนและออกซิเจนส่วนใหญ่ออกจากโครงสร้างของคาร์บอน การกระตุ้นทางเคมีมักจะรวมขั้นตอนการคาร์บอนไนเซชันและการกระตุ้นเข้าด้วยกัน แต่สองขั้นตอนดังกล่าวอาจเกิดขึ้นแยกกันได้ ขึ้นอยู่กับกระบวนการ พบว่ามีพื้นที่ผิวสูงเกิน 3,000 ตารางเมตรต่อกรัม เมื่อใช้ KOH เป็นสารกระตุ้นทางเคมี

ถ่านกัมมันต์ที่ผลิตจากวัตถุดิบหลากหลายชนิด

นอกจากจะเป็นสารดูดซับที่ใช้ในหลายวัตถุประสงค์แล้ว ถ่านกัมมันต์ยังสามารถผลิตได้จากวัตถุดิบหลากหลายชนิด ทำให้เป็นผลิตภัณฑ์อเนกประสงค์อย่างเหลือเชื่อที่สามารถผลิตได้ในหลายพื้นที่ ขึ้นอยู่กับวัตถุดิบที่มีอยู่ วัตถุดิบเหล่านี้บางส่วนได้แก่ เปลือกพืช เมล็ดผลไม้ วัสดุจากไม้ แอสฟัลต์ โลหะคาร์ไบด์ คาร์บอนแบล็ก เศษวัสดุเหลือทิ้งจากน้ำเสีย และเศษโพลิเมอร์ ถ่านหินชนิดต่างๆ ซึ่งมีอยู่ในรูปของคาร์บอนที่มีโครงสร้างรูพรุนอยู่แล้ว สามารถนำมาแปรรูปเพิ่มเติมเพื่อสร้างถ่านกัมมันต์ได้ แม้ว่าถ่านกัมมันต์จะสามารถผลิตได้จากวัตถุดิบเกือบทุกชนิด แต่การผลิตถ่านกัมมันต์จากวัสดุเหลือทิ้งนั้นคุ้มค่าและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากที่สุด ถ่านกัมมันต์ที่ผลิตจากกะลามะพร้าวแสดงให้เห็นว่ามีปริมาณไมโครรูพรุนสูง ทำให้เป็นวัตถุดิบที่ใช้กันมากที่สุดสำหรับงานที่ต้องการความสามารถในการดูดซับสูง ขี้เลื่อยและเศษไม้ชนิดอื่นๆ ก็มีโครงสร้างไมโครรูพรุนที่พัฒนาอย่างดี ซึ่งเหมาะสำหรับการดูดซับจากก๊าซ การผลิตถ่านกัมมันต์จากเมล็ดมะกอก พลัม แอปริคอต และพีช จะได้สารดูดซับที่มีความสม่ำเสมอสูง มีความแข็ง ความทนทานต่อการสึกหรอ และปริมาตรไมโครพอรสูง เศษพีวีซีสามารถนำมาทำปฏิกิริยาได้หากกำจัดกรดไฮโดรคลอริกออกก่อน และจะได้ถ่านกัมมันต์ที่เป็นสารดูดซับที่ดีสำหรับเมทิลีนบลู แม้แต่เศษยางรถยนต์ก็สามารถผลิตถ่านกัมมันต์ได้ เพื่อให้สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างสารตั้งต้นที่หลากหลายได้ จึงจำเป็นต้องประเมินคุณสมบัติทางกายภาพที่ได้หลังจากการกระตุ้น เมื่อเลือกสารตั้งต้น คุณสมบัติต่อไปนี้มีความสำคัญ: พื้นที่ผิวจำเพาะของรูพรุน ปริมาตรของรูพรุนและการกระจายตัวของปริมาตรรูพรุน องค์ประกอบและขนาดของเม็ด และโครงสร้างทางเคมี/ลักษณะของพื้นผิวคาร์บอน

การเลือกสารตั้งต้นที่ถูกต้องสำหรับการใช้งานที่เหมาะสมนั้นมีความสำคัญมาก เนื่องจากความหลากหลายของวัสดุสารตั้งต้นช่วยให้สามารถควบคุมโครงสร้างรูพรุนของคาร์บอนได้ สารตั้งต้นที่แตกต่างกันจะมีปริมาณรูพรุนขนาดใหญ่ (> 50 นาโนเมตร) ที่แตกต่างกัน ซึ่งเป็นตัวกำหนดปฏิกิริยาของสารตั้งต้นนั้น รูพรุนขนาดใหญ่เหล่านี้ไม่มีประสิทธิภาพในการดูดซับ แต่การมีอยู่ของรูพรุนเหล่านี้ช่วยให้มีช่องทางมากขึ้นสำหรับการสร้างรูพรุนขนาดเล็กในระหว่างการกระตุ้น นอกจากนี้ รูพรุนขนาดใหญ่ยังช่วยให้โมเลกุลของสารดูดซับสามารถเข้าถึงรูพรุนขนาดเล็กได้มากขึ้นในระหว่างการดูดซับ