सक्रिय कार्बन का परिचय

सक्रिय कार्बन (एसी) लकड़ी, नारियल के खोल, कोयला और शंकु आदि से उत्पादित उच्च छिद्रता और सोखने की क्षमता वाले अत्यधिक कार्बनयुक्त पदार्थों को संदर्भित करता है। एसी विभिन्न उद्योगों में जल और वायु निकायों से अनेक प्रदूषकों को हटाने के लिए उपयोग किए जाने वाले व्यापक रूप से प्रयुक्त होने वाले सोखने वाले पदार्थों में से एक है। चूंकि एसी कृषि और अपशिष्ट उत्पादों से संश्लेषित होता है, इसलिए यह पारंपरिक रूप से उपयोग किए जाने वाले गैर-नवीकरणीय और महंगे स्रोतों का एक उत्कृष्ट विकल्प सिद्ध हुआ है। एसी के निर्माण के लिए, दो मूलभूत प्रक्रियाओं, कार्बनीकरण और सक्रियण का उपयोग किया जाता है। पहली प्रक्रिया में, सभी वाष्पशील घटकों को निकालने के लिए अग्रदूतों को 400 से 850 डिग्री सेल्सियस के बीच उच्च तापमान पर गर्म किया जाता है। उच्च तापमान अग्रदूत से हाइड्रोजन, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन जैसे सभी गैर-कार्बन घटकों को गैसों और टार के रूप में हटा देता है। यह प्रक्रिया उच्च कार्बन सामग्री लेकिन कम सतह क्षेत्र और छिद्रता वाला चारकोल उत्पन्न करती है। हालांकि, दूसरे चरण में पहले से संश्लेषित चारकोल का सक्रियण शामिल है। सक्रियण प्रक्रिया के दौरान छिद्रों 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 और मौजूदा छिद्रों का चौड़ा होना।
वांछित सतह क्षेत्र और सरंध्रता प्राप्त करने के लिए सक्रियण हेतु आमतौर पर भौतिक और रासायनिक दो विधियाँ अपनाई जाती हैं। भौतिक सक्रियण में उच्च तापमान (650 से 900 डिग्री सेल्सियस के बीच) पर वायु, कार्बन डाइऑक्साइड और भाप जैसी ऑक्सीकरण गैसों का उपयोग करके कार्बनीकृत चारकोल को सक्रिय किया जाता है। कार्बन डाइऑक्साइड को आमतौर पर इसकी शुद्ध प्रकृति, आसान संचालन और लगभग 800 डिग्री सेल्सियस पर नियंत्रित सक्रियण प्रक्रिया के कारण प्राथमिकता दी जाती है। भाप की तुलना में कार्बन डाइऑक्साइड सक्रियण से उच्च छिद्र समरूपता प्राप्त की जा सकती है। हालांकि, भौतिक सक्रियण के लिए, कार्बन डाइऑक्साइड की तुलना में भाप को अधिक प्राथमिकता दी जाती है क्योंकि इससे अपेक्षाकृत उच्च सतह क्षेत्र वाला कार्बनीकृत चारकोल उत्पादित किया जा सकता है। जल के छोटे अणु आकार के कारण, चारकोल की संरचना में इसका प्रसार कुशलतापूर्वक होता है। समान रूपांतरण दर के साथ भाप द्वारा सक्रियण कार्बन डाइऑक्साइड की तुलना में लगभग दो से तीन गुना अधिक पाया गया है।
हालांकि, रासायनिक विधि में अग्रदूत को सक्रियण एजेंटों (NaOH, KOH, और FeCl3, आदि) के साथ मिलाया जाता है। ये सक्रियण एजेंट ऑक्सीकारक और निर्जलीकरण एजेंट दोनों के रूप में कार्य करते हैं। इस विधि में, भौतिक विधि की तुलना में अपेक्षाकृत कम तापमान (300-500°C) पर कार्बनीकरण और सक्रियण एक साथ किए जाते हैं। परिणामस्वरूप, यह पायरोलिटिक अपघटन को प्रभावित करता है, जिससे बेहतर छिद्रपूर्ण संरचना का विस्तार होता है और उच्च कार्बन उत्पादन प्राप्त होता है। भौतिक विधि की तुलना में रासायनिक विधि के प्रमुख लाभ कम तापमान की आवश्यकता, उच्च सूक्ष्म छिद्रयुक्त संरचनाएं, बड़ा सतही क्षेत्रफल और न्यूनतम अभिक्रिया पूर्णता समय हैं।
रासायनिक सक्रियण विधि की श्रेष्ठता को किम और उनके सहकर्मियों द्वारा प्रस्तावित मॉडल [1] के आधार पर समझाया जा सकता है, जिसके अनुसार एसी में सूक्ष्म छिद्रों के निर्माण के लिए जिम्मेदार विभिन्न गोलाकार सूक्ष्म-क्षेत्र पाए जाते हैं। दूसरी ओर, अंतर-सूक्ष्म-क्षेत्रों में मेसोपोर विकसित होते हैं। प्रयोगात्मक रूप से, उन्होंने रासायनिक (केओएच का उपयोग करके) और भौतिक (भाप का उपयोग करके) सक्रियण द्वारा फिनोल-आधारित राल से सक्रिय कार्बन का निर्माण किया (चित्र 1)। परिणामों से पता चला कि केओएच सक्रियण द्वारा संश्लेषित एसी का सतह क्षेत्र 2878 वर्ग मीटर/ग्राम था, जबकि भाप सक्रियण द्वारा संश्लेषित एसी का सतह क्षेत्र 2213 वर्ग मीटर/ग्राम था। इसके अतिरिक्त, छिद्र का आकार, सतह क्षेत्र, सूक्ष्म छिद्र का आयतन और औसत छिद्र की चौड़ाई जैसे अन्य कारक भी भाप सक्रियण की तुलना में केओएच सक्रियण में बेहतर पाए गए।

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

कणों के आकार और निर्माण विधि के आधार पर, इसे तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: पाउडर एसी, ग्रेन्युलर एसी और बीड एसी। पाउडर एसी 1 मिमी आकार के महीन कणों से बनता है, जिनका औसत व्यास 0.15-0.25 मिमी होता है। ग्रेन्युलर एसी का आकार तुलनात्मक रूप से बड़ा होता है और बाहरी सतह क्षेत्र कम होता है। ग्रेन्युलर एसी का उपयोग विभिन्न तरल और गैसीय अनुप्रयोगों में उनके आकार के अनुपात के आधार पर किया जाता है। तीसरा वर्ग: बीड एसी आमतौर पर पेट्रोलियम पिच से संश्लेषित किया जाता है, जिसका व्यास 0.35 से 0.8 मिमी तक होता है। यह अपनी उच्च यांत्रिक शक्ति और कम धूल सामग्री के लिए जाना जाता है। अपनी गोलाकार संरचना के कारण इसका व्यापक रूप से जल निस्पंदन जैसे द्रवीकृत बेड अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है।