सक्रिय कार्बन का परिचय

सक्रिय कार्बन (एसी) लकड़ी, नारियल के खोल, कोयला और शंकु आदि से उत्पादित उच्च छिद्रण और अवशोषण क्षमता वाले अत्यधिक कार्बनयुक्त पदार्थों को संदर्भित करता है। एसी विभिन्न उद्योगों में जल और वायु निकायों से कई प्रदूषकों को हटाने के लिए अक्सर उपयोग किए जाने वाले अधिशोषकों में से एक है। चूँकि 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 बेहतरीन विकल्प साबित हुआ है। एसी की तैयारी के लिए, दो बुनियादी प्रक्रियाओं, कार्बोनाइजेशन और सक्रियण, का उपयोग किया जाता है। पहली प्रक्रिया में, सभी वाष्पशील घटकों को बाहर निकालने के लिए पूर्ववर्तियों को 400 और 850°C के बीच उच्च तापमान के अधीन किया जाता है। उच्च तापमान पूर्ववर्तियों से सभी गैर-कार्बन घटकों जैसे हाइड्रोजन, ऑक्सीजन और नाइट्रोजन को गैसों और टार के रूप में हटा देता है। इस प्रक्रिया से उच्च कार्बन सामग्री लेकिन कम सतह क्षेत्र और छिद्रण वाला चारकोल उत्पन्न होता है। हालाँकि, 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।
आम तौर पर, वांछित सतह क्षेत्र और छिद्रण 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 कार्बोनेटेड चारकोल का सक्रियण शामिल है। कार्बन डाइऑक्साइड आमतौर पर अपनी 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 विसरण कुशलता से होता है
हालाँकि, रासायनिक विधि में पूर्वगामी को सक्रियक कारकों (NaOH, KOH, और FeCl3, आदि) के साथ मिलाया जाता है। ये सक्रियक कारक ऑक्सीकारक के साथ-साथ निर्जलीकरण कारक के रूप में भी कार्य करते हैं। इस विधि में, भौतिक विधि की तुलना में कार्बनीकरण और सक्रियण अपेक्षाकृत कम तापमान 300-500°C पर एक साथ किया जाता है। परिणामस्वरूप, यह पायरोलिटिक अपघटन को प्रभावित करता है और इसके परिणामस्वरूप बेहतर छिद्रयुक्त संरचना का विस्तार और उच्च कार्बन उपज प्राप्त होती है। भौतिक विधि की तुलना में रासायनिक विधि के प्रमुख लाभ कम तापमान की आवश्यकता, उच्च सूक्ष्म छिद्रयुक्त संरचनाएँ, बड़ा पृष्ठीय क्षेत्रफल और न्यूनतम अभिक्रिया पूर्णता समय हैं।
रासायनिक सक्रियण विधि की श्रेष्ठता को किम और उनके सहकर्मियों [1] द्वारा प्रस्तावित मॉडल के आधार पर समझाया जा सकता है जिसके अनुसार माइक्रोपोर्स के निर्माण के लिए जिम्मेदार विभिन्न गोलाकार माइक्रोडोमेन एसी में पाए जाते हैं। दूसरी ओर, मेसोपोर्स इंटरमाइक्रोडोमेन क्षेत्रों में विकसित होते हैं। प्रयोगात्मक रूप से, उन्होंने रासायनिक (KOH का उपयोग करके) और भौतिक (भाप का उपयोग करके) सक्रियण (चित्र 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 आयतन 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: पावर्ड एसी, ग्रैन्युलर एसी, और बीड एसी। पावर्ड एसी 1 मिमी आकार के महीन कणों से बनता है जिनका औसत व्यास 0.15-0.25 मिमी होता है। ग्रैन्युलर एसी का आकार अपेक्षाकृत बड़ा और बाहरी सतह क्षेत्र कम होता है। ग्रैन्युलर एसी का उपयोग उनके आयाम अनुपात के आधार पर विभिन्न द्रव चरण और गैसीय चरण अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। तृतीय श्रेणी: बीड एसी आमतौर 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 व्यापक रूप से जल निस्पंदन जैसे द्रवीकृत तल अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है।