Jak powstaje węgiel aktywny?

Udostępnij

Węgiel aktywny jest przetworzoną, porowatą wersją węgla, która ma wiele różnych zastosowań, zwłaszcza adsorpcję i wytwarzanie reakcji chemicznych potrzebnych do oczyszczania wody i gazu. Proces produkcji węgla aktywnego występuje w dwóch postaciach. Źródło węglowe, a więc węgiel, torf lub dowolny organiczny materiał węglowy jest karbonizowane, co oznacza, że czysty węgiel jest ekstrahowany za pomocą metody ogrzewania znanej, jako piroliza. Gdy materiał jest zwęglony, musi być utleniony lub poddany działaniu tlenu, albo przez wystawienie na działanie CO2 lub pary, albo przez chemiczne traktowanie za pomocą kwasu.

Karbonizacja, czyli zwęglenie
Karbonizacja polega na pobraniu kawałka materiału bogatego w węgiel i przekształceniu go w czysty węgiel przez ogrzewanie. Ten proces ogrzewania, zwany pirolizą, pochodzi ze starożytnej techniki wytwarzania węgla drzewnego. Na początku używany jest bardzo gęsty materiał węglowy, ponieważ końcowy wynik musi być wyjątkowo porowaty. Materiał bogaty w węgiel jest umieszczany w małym piecu (w stosunku do ilości materiału) i gotowany w ekstremalnych temperaturach na poziomie 2000 stopni Celsjusza. Pozostaje zwykle 20-30 procent masy początkowej, która składa się głównie z węgla i małego procentu nieorganicznego popiołu. Ta metoda jest bardzo podobna do "koksowania", sposobu produkcji koksu z węgla drzewnego, rodzaju paliwa na bazie węgla. Gdy porowata postać węgla jest już wytworzona, musi zostać poddana utlenianiu, aby węgiel aktywny mógł być adsorbentem. Może to nastąpić na jeden z dwóch sposobów. 

Poddanie działaniu gazu
Aktywowanie węgla można przeprowadzić bezpośrednio przez ogrzewanie go w komorze, podczas gdy do środka pompowany jest gaz. To wystawia go na działanie tlenu w celu utlenienia. Po utlenieniu węgiel aktywny jest podatny na adsorpcję, proces wiązania powierzchniowego dla substancji chemicznych. To właśnie czyni węgiel aktywny tak dobrym środkiem do filtrowania odpadów i toksycznych chemikaliów z cieczy i gazów. W przypadku fizycznego przetwarzania gazu, proces pirolizy musi odbywać się w obojętnym środowisku w temperaturze 600-900 stopni Celsjusza. Następnie utleniony gaz pompowany jest do otoczenia i podgrzewany w temperaturze od 900 do 1200 stopni Celsjusza, co powoduje, że tlen wiąże się z powierzchnią węgla. 

Obróbka chemiczna 
Obróbka chemiczna różni się nieznacznie od aktywacji gazowej węgla. Po pierwsze, jednocześnie zachodzą procesy karbonizacji i chemicznej aktywacji. Materiał zanurzany jest w kąpieli z kwasu lub innych substancji chemicznych. Całość jest następnie podgrzewana do temperatury 450-900 stopni Celsjusza. To znacznie mniej, niż ciepło potrzebne do aktywacji gazu. Materiał węglowy jest karbonizowany, a następnie aktywowany. Wszystko odbywa się w znacznie szybszym tempie, niż podczas aktywacji gazowej. Jednak niektóre procesy grzewcze powodują, że pierwiastki śladowe adsorbują się na węglu, co może prowadzić do powstania zanieczyszczonego lub nieefektywnego węgla aktywnego.