El carbó activat (CA) fa referència als materials altament carbonosos amb una alta porositat i capacitat d'adsorció produïts a partir de la fusta, les closques de coco, el carbó i els cons, etc. El CA és un dels adsorbents més utilitzats en diverses indústries per a l'eliminació de nombrosos contaminants de l'aigua i l'aire. Des que el CA es sintetitza a partir de productes agrícoles i residus, ha demostrat ser una gran alternativa a les fonts no renovables i cares tradicionalment utilitzades. Per a la preparació del CA, s'utilitzen dos processos bàsics, la carbonització i l'activació. En el primer procés, els precursors se sotmeten a altes temperatures, entre 400 i 850 °C, per expulsar tots els components volàtils. Una temperatura elevada elimina tots els components no carboniosos del precursor, com ara hidrogen, oxigen i nitrogen, en forma de gasos i quitrà. Aquest procés produeix carbó amb un alt contingut de carboni però baixa superfície i porositat. Tanmateix, el segon pas implica l'activació del carbó sintetitzat prèviament. L'augment de la mida dels porus durant el procés d'activació es pot classificar en tres: obertura de porus prèviament inaccessibles, desenvolupament de nous porus mitjançant l'activació selectiva i eixamplament dels porus existents.
Normalment, s'utilitzen dos enfocaments, físic i químic, per a l'activació per obtenir la superfície i la porositat desitjades. L'activació física implica l'activació del carbó carbonitzat mitjançant gasos oxidants com l'aire, el diòxid de carboni i el vapor a altes temperatures (entre 650 i 900 °C). Normalment es prefereix el diòxid de carboni per la seva naturalesa pura, la seva fàcil manipulació i el procés d'activació controlable al voltant dels 800 °C. Es pot obtenir una alta uniformitat dels porus amb l'activació del diòxid de carboni en comparació amb el vapor. Tanmateix, per a l'activació física, es prefereix el vapor en comparació amb el diòxid de carboni, ja que es pot produir aigua de carboni amb una superfície relativament alta. A causa de la mida molecular més petita de l'aigua, la seva difusió dins de l'estructura del carbó es produeix de manera eficient. S'ha descobert que l'activació per vapor és unes dues o tres vegades superior a la del diòxid de carboni amb el mateix grau de conversió.
Tanmateix, l'enfocament químic implica la barreja del precursor amb agents activadors (NaOH, KOH i FeCl3, etc.). Aquests agents activadors actuen com a oxidants i com a agents deshidratants. En aquest enfocament, la carbonització i l'activació es duen a terme simultàniament a una temperatura comparativament més baixa, de 300-500 °C, en comparació amb l'enfocament físic. Com a resultat, s'efectua la descomposició pirolítica i, a continuació, es produeix una expansió d'una estructura porosa millorada i un alt rendiment de carboni. Els principals avantatges de l'enfocament químic respecte al físic són el requisit de baixa temperatura, les estructures d'alta microporositat, la gran superfície i el temps de finalització de la reacció minimitzat.
La superioritat del mètode d'activació química es pot explicar sobre la base d'un model proposat per Kim i els seus col·laboradors [1] segons el qual es troben diversos microdominis esfèrics responsables de la formació de microporus a l'AC. D'altra banda, els mesoporus es desenvolupen a les regions intermicrodominis. Experimentalment, van formar carbó activat a partir de resina a base de fenol mitjançant activació química (utilitzant KOH) i física (utilitzant vapor) (Figura 1). Els resultats van mostrar que l'AC sintetitzat per activació de KOH posseïa una superfície superficial elevada de 2878 m2/g en comparació amb els 2213 m2/g per activació de vapor. A més, es va trobar que altres factors com la mida dels porus, la superfície, el volum dels microporus i l'amplada mitjana dels porus eren millors en condicions activades per KOH en comparació amb les activades per vapor.
Diferències entre l'AC preparat a partir de l'activació amb vapor (C6S9) i l'activació amb KOH (C6K9), respectivament, explicades en termes de model de microestructura.
Segons la mida de les partícules i el mètode de preparació, es poden classificar en tres tipus: AC potenciat, AC granular i AC en perles. L'AC potenciat es forma a partir de grànuls fins d'una mida d'1 mm amb un diàmetre mitjà de 0,15-0,25 mm. L'AC granular té una mida comparativament més gran i una superfície externa menor. L'AC granular s'utilitza per a diverses aplicacions en fase líquida i gasosa segons les seves relacions dimensionals. Tercera classe: l'AC en perles es sintetitza generalment a partir de la brea de petroli amb un diàmetre que oscil·la entre 0,35 i 0,8 mm. És conegut per la seva alta resistència mecànica i el seu baix contingut de pols. S'utilitza àmpliament en aplicacions de llit fluiditzat com la filtració d'aigua a causa de la seva estructura esfèrica.
Data de publicació: 18 de juny de 2022