กระบวนการผลิตคาร์บอนกัมมันต์

ขั้นตอนการประมวลผลคาร์บอนที่เปิดใช้งานโดยทั่วไปประกอบด้วยการคาร์บอไนเซชันตามด้วยการกระตุ้นวัสดุคาร์บอนจากพืช การคาร์บอไนเซชันเป็นการอบด้วยความร้อนที่อุณหภูมิ 400-800°C ซึ่งเปลี่ยนวัตถุดิบให้เป็นคาร์บอนโดยลดปริมาณของสารระเหยให้เหลือน้อยที่สุดและเพิ่มปริมาณคาร์บอนในวัสดุ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงของวัสดุและสร้างโครงสร้างรูพรุนเริ่มต้นซึ่งจำเป็นหากคาร์บอนจะถูกกระตุ้น การปรับเงื่อนไขของการคาร์บอไนเซชันอาจส่งผลต่อผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายได้อย่างมาก อุณหภูมิการคาร์บอไนเซชันที่เพิ่มขึ้นจะเพิ่มปฏิกิริยา แต่ในขณะเดียวกันก็ลดปริมาตรของรูพรุนที่มีอยู่ ปริมาตรรูพรุนที่ลดลงนี้เกิดจากการควบแน่นของวัสดุที่เพิ่มขึ้นที่อุณหภูมิการคาร์บอไนเซชันที่สูงขึ้น ซึ่งทำให้ความแข็งแรงทางกลเพิ่มขึ้น ดังนั้น การเลือกอุณหภูมิกระบวนการที่ถูกต้องตามผลิตภัณฑ์คาร์บอไนเซชันที่ต้องการจึงมีความสำคัญ

ออกไซด์เหล่านี้จะแพร่กระจายออกจากคาร์บอน ส่งผลให้เกิดการกลายเป็นก๊าซบางส่วน ซึ่งจะเปิดรูพรุนที่ปิดไว้ก่อนหน้านี้ และพัฒนาโครงสร้างรูพรุนภายในคาร์บอนต่อไป ในการกระตุ้นทางเคมี คาร์บอนจะทำปฏิกิริยากับสารขจัดน้ำที่อุณหภูมิสูง ซึ่งจะกำจัดไฮโดรเจนและออกซิเจนส่วนใหญ่ออกจากโครงสร้างคาร์บอน การกระตุ้นทางเคมีมักจะรวมขั้นตอนการทำให้เป็นคาร์บอนและการกระตุ้นเข้าด้วยกัน แต่ทั้งสองขั้นตอนนี้อาจเกิดขึ้นแยกกัน ขึ้นอยู่กับกระบวนการ พบพื้นที่ผิวสูงเกิน 3,000 m2 /g เมื่อใช้ KOH เป็นสารกระตุ้นทางเคมี

คาร์บอนกัมมันต์จากวัตถุดิบที่แตกต่างกัน

นอกจากจะเป็นตัวดูดซับที่ใช้สำหรับวัตถุประสงค์ต่างๆ มากมายแล้ว ถ่านกัมมันต์ยังสามารถผลิตได้จากวัตถุดิบที่หลากหลาย ทำให้เป็นผลิตภัณฑ์อเนกประสงค์อย่างเหลือเชื่อที่สามารถผลิตได้ในหลายพื้นที่ ขึ้นอยู่กับวัตถุดิบที่มีอยู่ วัตถุดิบเหล่านี้ได้แก่ เปลือกพืช เมล็ดผลไม้ วัสดุที่เป็นไม้ แอสฟัลต์ คาร์ไบด์โลหะ คาร์บอนแบล็ก เศษวัสดุจากน้ำเสีย และเศษพอลิเมอร์ ถ่านหินประเภทต่างๆ ซึ่งมีอยู่ในรูปแบบ 5 คาร์บอนที่มีโครงสร้างรูพรุนที่พัฒนาขึ้นแล้ว สามารถนำไปแปรรูปเพิ่มเติมเพื่อสร้างถ่านกัมมันต์ได้ แม้ว่าจะสามารถผลิตถ่านกัมมันต์ได้จากวัตถุดิบเกือบทุกชนิด แต่การผลิตถ่านกัมมันต์จากวัสดุเหลือใช้จะคุ้มต้นทุนที่สุดและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากที่สุด ถ่านกัมมันต์ที่ผลิตจากกะลามะพร้าวได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีช่องพรุนขนาดเล็กจำนวนมาก ทำให้เป็นวัตถุดิบที่ใช้กันทั่วไปที่สุดสำหรับการใช้งานที่จำเป็นต้องมีความสามารถในการดูดซับสูง ขี้เลื่อยและเศษไม้ชนิดอื่นๆ ยังมีโครงสร้างรูพรุนขนาดเล็กที่พัฒนาขึ้นอย่างมาก ซึ่งดีต่อการดูดซับจากเฟสก๊าซ การผลิตคาร์บอนกัมมันต์จากหินมะกอก พลัม แอปริคอต และพีช ให้สารดูดซับที่มีความสม่ำเสมอสูง มีความแข็ง ทนทานต่อการสึกกร่อน และมีปริมาณไมโครพอร์สูง เศษ PVC สามารถถูกกระตุ้นได้หากกำจัด HCl ออกไปก่อน ซึ่งจะทำให้ได้คาร์บอนกัมมันต์ซึ่งเป็นสารดูดซับเมทิลีนบลูที่ดี คาร์บอนกัมมันต์ยังถูกผลิตขึ้นจากเศษยางรถยนต์อีกด้วย เพื่อที่จะแยกแยะระหว่างสารตั้งต้นที่เป็นไปได้หลากหลายประเภท จำเป็นต้องประเมินคุณสมบัติทางกายภาพที่เกิดขึ้นหลังจากการกระตุ้น เมื่อเลือกสารตั้งต้น คุณสมบัติต่อไปนี้มีความสำคัญ: พื้นที่ผิวเฉพาะของรูพรุน ปริมาตรรูพรุนและการกระจายปริมาตรรูพรุน องค์ประกอบและขนาดของเม็ด และโครงสร้าง/ลักษณะของพื้นผิวคาร์บอนทางเคมี

การเลือกสารตั้งต้นที่ถูกต้องสำหรับการใช้งานที่เหมาะสมนั้นมีความสำคัญมาก เนื่องจากสารตั้งต้นที่แตกต่างกันนั้นทำให้สามารถควบคุมโครงสร้างรูพรุนของคาร์บอนได้ สารตั้งต้นแต่ละชนิดจะมีปริมาณรูพรุนขนาดใหญ่ (> 50 นาโนเมตร) ที่แตกต่างกัน ซึ่งจะกำหนดปฏิกิริยาของสารตั้งต้นนั้นๆ รูพรุนขนาดใหญ่เหล่านี้ไม่มีประสิทธิภาพในการดูดซับ แต่การมีอยู่ของรูพรุนขนาดใหญ่เหล่านี้ทำให้มีช่องทางในการสร้างรูพรุนขนาดเล็กในระหว่างการกระตุ้นมากขึ้น นอกจากนี้ รูพรุนขนาดใหญ่ยังทำให้มีเส้นทางมากขึ้นสำหรับโมเลกุลของตัวดูดซับเพื่อไปถึงรูพรุนขนาดเล็กในระหว่างการดูดซับ