સક્રિય કાર્બનનો પરિચય

સક્રિય કાર્બન (AC) એ લાકડા, નારિયેળના શેલ, કોલસો અને શંકુ વગેરેમાંથી ઉત્પન્ન થતી ઉચ્ચ છિદ્રાળુતા અને શોષણ ક્ષમતા ધરાવતી ઉચ્ચ કાર્બનિક સામગ્રીનો ઉલ્લેખ કરે છે. AC એ પાણી અને હવાના પદાર્થોમાંથી અસંખ્ય પ્રદૂષકોને દૂર કરવા માટે વિવિધ ઉદ્યોગોમાં ઉપયોગમાં લેવાતા વારંવાર ઉપયોગમાં લેવાતા શોષકોમાંનું એક છે. કૃષિ અને કચરાના ઉત્પાદનોમાંથી સંશ્લેષિત AC હોવાથી, તે પરંપરાગત રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા બિન-નવીનીકરણીય અને ખર્ચાળ સ્ત્રોતોનો એક શ્રેષ્ઠ વિકલ્પ સાબિત થયો છે. AC ની તૈયારી માટે, બે મૂળભૂત પ્રક્રિયાઓ, કાર્બોનાઇઝેશન અને સક્રિયકરણનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. પ્રથમ પ્રક્રિયામાં, બધા અસ્થિર ઘટકોને બહાર કાઢવા માટે પુરોગામીઓને 400 થી 850°C વચ્ચે ઊંચા તાપમાને આધિન કરવામાં આવે છે. ઉચ્ચ તાપમાન પુરોગામીમાંથી હાઇડ્રોજન, ઓક્સિજન અને નાઇટ્રોજન જેવા તમામ બિન-કાર્બન ઘટકોને વાયુઓ અને ટાર્સના સ્વરૂપમાં દૂર કરે છે. આ પ્રક્રિયામાં ઉચ્ચ કાર્બન સામગ્રી પરંતુ ઓછી સપાટી વિસ્તાર અને છિદ્રાળુતા ધરાવતા ચાર ઉત્પન્ન થાય છે. જો કે, બીજા પગલામાં અગાઉ સંશ્લેષિત ચારનું સક્રિયકરણ શામેલ છે. સક્રિયકરણ પ્રક્રિયા દરમિયાન છિદ્રોના કદમાં વધારો ત્રણ ભાગમાં વહેંચી શકાય છે: અગાઉ દુર્ગમ છિદ્રોનું ખુલવું, પસંદગીયુક્ત સક્રિયકરણ દ્વારા નવા છિદ્રોનો વિકાસ અને હાલના છિદ્રોનું પહોળું કરવું.
સામાન્ય રીતે, ઇચ્છિત સપાટી વિસ્તાર અને છિદ્રાળુતા મેળવવા માટે સક્રિયકરણ માટે બે અભિગમો, ભૌતિક અને રાસાયણિક, નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. ભૌતિક સક્રિયકરણમાં હવા, કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને વરાળ જેવા ઓક્સિડાઇઝિંગ વાયુઓનો ઉપયોગ કરીને કાર્બનાઇઝ્ડ ચારનું સક્રિયકરણ શામેલ છે જે ઉચ્ચ તાપમાને (650 અને 900°C વચ્ચે) હવા, કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને વરાળ જેવા ઓક્સિડાઇઝિંગ વાયુઓનો ઉપયોગ કરે છે. કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સામાન્ય રીતે 800°C ની આસપાસ તેના શુદ્ધ સ્વભાવ, સરળ સંચાલન અને નિયંત્રિત સક્રિયકરણ પ્રક્રિયાને કારણે પસંદ કરવામાં આવે છે. વરાળની તુલનામાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સક્રિયકરણ સાથે ઉચ્ચ છિદ્ર એકરૂપતા મેળવી શકાય છે. જોકે, ભૌતિક સક્રિયકરણ માટે, કાર્બન ડાયોક્સાઇડની તુલનામાં વરાળ વધુ પસંદ કરવામાં આવે છે કારણ કે પ્રમાણમાં ઊંચા સપાટી વિસ્તારવાળા AC ઉત્પન્ન કરી શકાય છે. પાણીના નાના પરમાણુ કદને કારણે, ચારની રચનામાં તેનું પ્રસાર કાર્યક્ષમ રીતે થાય છે. વરાળ દ્વારા સક્રિયકરણ સમાન ડિગ્રી રૂપાંતરણવાળા કાર્બન ડાયોક્સાઇડ કરતા લગભગ બે થી ત્રણ ગણું વધારે હોવાનું જાણવા મળ્યું છે.
જોકે, રાસાયણિક અભિગમમાં સક્રિય એજન્ટો (NaOH, KOH, અને FeCl3, વગેરે) સાથે પૂર્વગામીનું મિશ્રણ શામેલ છે. આ સક્રિય એજન્ટો ઓક્સિડન્ટ તેમજ ડિહાઇડ્રેટિંગ એજન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે. આ અભિગમમાં, ભૌતિક અભિગમની તુલનામાં 300-500°C ની તુલનાત્મક રીતે ઓછા તાપમાને કાર્બનાઇઝેશન અને સક્રિયકરણ એકસાથે હાથ ધરવામાં આવે છે. પરિણામે, તે પાયરોલિટીક વિઘટનને અસર કરે છે અને પછી, સુધારેલ છિદ્રાળુ બંધારણ અને ઉચ્ચ કાર્બન ઉપજના વિસ્તરણમાં પરિણમે છે. ભૌતિક અભિગમ કરતાં રાસાયણિક અભિગમના મુખ્ય ફાયદાઓ નીચા તાપમાનની જરૂરિયાત, ઉચ્ચ માઇક્રોપોરોસિટી માળખાં, વિશાળ સપાટી વિસ્તાર અને ન્યૂનતમ પ્રતિક્રિયા પૂર્ણ સમય છે.
રાસાયણિક સક્રિયકરણ પદ્ધતિની શ્રેષ્ઠતા કિમ અને તેમના સહકાર્યકરો દ્વારા પ્રસ્તાવિત મોડેલના આધારે સમજાવી શકાય છે [1] જે મુજબ AC માં માઇક્રોપોર્સની રચના માટે જવાબદાર વિવિધ ગોળાકાર માઇક્રોડોમેઇન્સ જોવા મળે છે. બીજી બાજુ, મેસોપોર્સ ઇન્ટરમાઇક્રોડોમેઇન પ્રદેશોમાં વિકસાવવામાં આવે છે. પ્રાયોગિક રીતે, તેઓએ રાસાયણિક (KOH નો ઉપયોગ કરીને) અને ભૌતિક (વરાળનો ઉપયોગ કરીને) સક્રિયકરણ (આકૃતિ 1) દ્વારા ફિનોલ-આધારિત રેઝિનમાંથી સક્રિય કાર્બન બનાવ્યું. પરિણામો દર્શાવે છે કે KOH સક્રિયકરણ દ્વારા સંશ્લેષિત AC માં વરાળ સક્રિયકરણ દ્વારા 2213 m2/g ની સરખામણીમાં 2878 m2/g નું ઉચ્ચ સપાટી ક્ષેત્રફળ હતું. વધુમાં, છિદ્રનું કદ, સપાટી ક્ષેત્રફળ, માઇક્રોપોર વોલ્યુમ અને સરેરાશ છિદ્ર પહોળાઈ જેવા અન્ય પરિબળો KOH-સક્રિયકૃત પરિસ્થિતિઓમાં વરાળ સક્રિયકરણની તુલનામાં વધુ સારા હોવાનું જણાયું હતું.

સ્ટીમ એક્ટિવેશન (C6S9) અને KOH એક્ટિવેશન (C6K9) થી તૈયાર કરાયેલ AC વચ્ચેના તફાવતો, અનુક્રમે, માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર મોડેલના સંદર્ભમાં સમજાવવામાં આવ્યા છે.

કણોના કદ અને તૈયારીની પદ્ધતિના આધારે, તેને ત્રણ પ્રકારમાં વર્ગીકૃત કરી શકાય છે: સંચાલિત એસી, દાણાદાર એસી અને મણકા એસી. સંચાલિત એસી 1 મીમી કદના બારીક દાણાઓથી બને છે અને સરેરાશ વ્યાસ 0.15-0.25 મીમી હોય છે. દાણાદાર એસી તુલનાત્મક રીતે મોટો કદ અને ઓછો બાહ્ય સપાટી વિસ્તાર ધરાવે છે. દાણાદાર એસીનો ઉપયોગ તેમના પરિમાણ ગુણોત્તરના આધારે વિવિધ પ્રવાહી તબક્કા અને વાયુ તબક્કાના ઉપયોગ માટે થાય છે. ત્રીજો વર્ગ: મણકા એસી સામાન્ય રીતે 0.35 થી 0.8 મીમી વ્યાસ ધરાવતા પેટ્રોલિયમ પિચમાંથી સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે. તે તેની ઉચ્ચ યાંત્રિક શક્તિ અને ઓછી ધૂળ સામગ્રી માટે જાણીતું છે. તેની ગોળાકાર રચનાને કારણે તેનો ઉપયોગ પાણી શુદ્ધિકરણ જેવા પ્રવાહીકૃત પથારીના ઉપયોગોમાં વ્યાપકપણે થાય છે.