सक्रिय कार्बन का परिचय

सक्रिय कार्बन (एसी) लकड़ी, नारियल के गोले, कोयला और शंकु आदि से उत्पादित उच्च छिद्रण और सोखने की क्षमता वाले अत्यधिक कार्बनयुक्त पदार्थों को संदर्भित करता है। एसी विभिन्न उद्योगों में पानी और वायु निकायों से कई प्रदूषकों को हटाने के लिए अक्सर इस्तेमाल किए जाने वाले अधिशोषकों में से एक है। चूंकि, एसी कृषि और अपशिष्ट उत्पादों से संश्लेषित किया जाता है, इसलिए यह पारंपरिक रूप से उपयोग किए जाने वाले गैर-नवीकरणीय और महंगे स्रोतों का एक बढ़िया विकल्प साबित हुआ है। एसी की तैयारी के लिए, दो बुनियादी प्रक्रियाओं, कार्बनीकरण और सक्रियण का उपयोग किया जाता है। पहली प्रक्रिया में, सभी वाष्पशील घटकों को बाहर निकालने के लिए अग्रदूतों को 400 और 850 डिग्री सेल्सियस के बीच उच्च तापमान के अधीन किया जाता है। उच्च ऊंचा तापमान गैसों और टार के रूप में हाइड्रोजन, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन जैसे सभी गैर-कार्बन घटकों को अग्रदूत से हटा देता है। यह प्रक्रिया उच्च कार्बन सामग्री लेकिन कम सतह क्षेत्र और छिद्रण वाले चारकोल का उत्पादन करती है। हालांकि, दूसरे चरण में पहले से संश्लेषित चारकोल का सक्रियण शामिल है। सक्रियण प्रक्रिया के दौरान छिद्र के आकार में वृद्धि को तीन श्रेणियों में वर्गीकृत किया जा सकता है: पहले से दुर्गम छिद्रों का खुलना, चयनात्मक सक्रियण द्वारा नए छिद्रों का विकास, तथा मौजूदा छिद्रों का चौड़ा होना।
आमतौर पर, वांछित सतह क्षेत्र और छिद्रता प्राप्त करने के लिए सक्रियण के लिए दो दृष्टिकोण, भौतिक और रासायनिक, का उपयोग किया जाता है। भौतिक सक्रियण में उच्च तापमान (650 और 900 डिग्री सेल्सियस के बीच) पर हवा, कार्बन डाइऑक्साइड और भाप जैसे ऑक्सीकरण गैसों का उपयोग करके कार्बनयुक्त चारकोल का सक्रियण शामिल है। कार्बन डाइऑक्साइड को आमतौर पर इसकी शुद्ध प्रकृति, आसान हैंडलिंग और 800 डिग्री सेल्सियस के आसपास नियंत्रणीय सक्रियण प्रक्रिया के कारण पसंद किया जाता है। भाप की तुलना में कार्बन डाइऑक्साइड सक्रियण के साथ उच्च छिद्र एकरूपता प्राप्त की जा सकती है। हालांकि, भौतिक सक्रियण के लिए, कार्बन डाइऑक्साइड की तुलना में भाप को अधिक पसंद किया जाता है क्योंकि अपेक्षाकृत उच्च सतह क्षेत्र वाले एसी का उत्पादन किया जा सकता है। पानी के छोटे अणु आकार के कारण, चारकोल की संरचना के भीतर इसका प्रसार कुशलता से होता है। भाप द्वारा सक्रियण कार्बन डाइऑक्साइड की तुलना में लगभग दो से तीन गुना अधिक पाया गया है, जिसमें रूपांतरण की समान डिग्री है।
हालांकि, रासायनिक दृष्टिकोण में सक्रिय करने वाले एजेंटों (NaOH, KOH, और FeCl3, आदि) के साथ अग्रदूत का मिश्रण शामिल है। ये सक्रिय करने वाले एजेंट ऑक्सीडेंट के साथ-साथ निर्जलीकरण एजेंट के रूप में भी कार्य करते हैं। इस दृष्टिकोण में, कार्बनीकरण और सक्रियण भौतिक दृष्टिकोण की तुलना में तुलनात्मक रूप से कम तापमान 300-500 डिग्री सेल्सियस पर एक साथ किया जाता है। नतीजतन, यह पायरोलिटिक अपघटन को प्रभावित करता है और फिर, बेहतर छिद्रपूर्ण संरचना और उच्च कार्बन उपज के विस्तार में परिणाम देता है। भौतिक दृष्टिकोण की तुलना में रासायनिक के प्रमुख लाभ कम तापमान की आवश्यकता, उच्च माइक्रोपोरोसिटी संरचनाएं, बड़ा सतह क्षेत्र और न्यूनतम प्रतिक्रिया पूर्ण समय हैं।
रासायनिक सक्रियण विधि की श्रेष्ठता को किम और उनके सहकर्मियों [1] द्वारा प्रस्तावित एक मॉडल के आधार पर समझाया जा सकता है जिसके अनुसार माइक्रोपोर के गठन के लिए जिम्मेदार विभिन्न गोलाकार माइक्रोडोमेन एसी में पाए जाते हैं। दूसरी ओर, मेसोपोर इंटरमाइक्रोडोमेन क्षेत्रों में विकसित होते हैं। प्रयोगात्मक रूप से, उन्होंने रासायनिक (KOH का उपयोग करके) और भौतिक (भाप का उपयोग करके) सक्रियण (चित्रा 1) द्वारा फिनोल-आधारित राल से सक्रिय कार्बन का गठन किया। परिणामों से पता चला कि KOH सक्रियण द्वारा संश्लेषित एसी में भाप सक्रियण द्वारा 2213 m2/g की तुलना में 2878 m2/g का उच्च सतह क्षेत्र था। इसके अलावा, अन्य कारक जैसे छिद्र का आकार, सतह क्षेत्र, माइक्रोपोर मात्रा और औसत छिद्र की चौड़ाई सभी भाप सक्रिय की तुलना में KOH-सक्रिय स्थितियों में बेहतर पाए गए।

भाप सक्रियण (C6S9) और KOH सक्रियण (C6K9) से तैयार AC के बीच अंतर, क्रमशः, सूक्ष्म संरचना मॉडल के संदर्भ में समझाया गया है।

कण आकार और तैयारी की विधि के आधार पर, इसे तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: संचालित एसी, दानेदार एसी और मनका एसी। संचालित एसी 0.15-0.25 मिमी की औसत व्यास सीमा के साथ 1 मिमी आकार वाले बारीक दानों से बनता है। दानेदार एसी का आकार तुलनात्मक रूप से बड़ा होता है और बाहरी सतह का क्षेत्रफल कम होता है। दानेदार एसी का उपयोग उनके आयाम अनुपात के आधार पर विभिन्न तरल चरण और गैसीय चरण अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। तीसरी श्रेणी: मनका एसी को आम तौर पर 0.35 से 0.8 मिमी व्यास वाले पेट्रोलियम पिच से संश्लेषित किया जाता है। यह अपनी उच्च यांत्रिक शक्ति और कम धूल सामग्री के लिए जाना जाता है। इसकी गोलाकार संरचना के कारण इसका उपयोग जल निस्पंदन जैसे द्रवीकृत बिस्तर अनुप्रयोगों में बड़े पैमाने पर किया जाता है।