સક્રિય કાર્બનનો પરિચય

એક્ટિવેટેડ કાર્બન (AC) એ લાકડા, નાળિયેરના શેલ, કોલસો અને શંકુ વગેરેમાંથી ઉત્પાદિત ઉચ્ચ છિદ્રાળુતા અને શોષણ ક્ષમતા ધરાવતી અત્યંત કાર્બોનેસીયસ સામગ્રીનો સંદર્ભ આપે છે. એસી એ અસંખ્ય પ્રદૂષકોને દૂર કરવા માટે વિવિધ ઉદ્યોગોમાં વારંવાર ઉપયોગમાં લેવાતા શોષક પદાર્થોમાંથી એક છે. પાણી અને વાયુ સંસ્થાઓમાંથી. કૃષિ અને કચરાના ઉત્પાદનોમાંથી ACનું સંશ્લેષણ થતું હોવાથી, તે પરંપરાગત રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા બિન-નવીનીકરણીય અને ખર્ચાળ સ્ત્રોતો માટે એક ઉત્તમ વિકલ્પ સાબિત થયું છે. AC ની તૈયારી માટે, બે મૂળભૂત પ્રક્રિયાઓ, કાર્બનાઇઝેશન અને સક્રિયકરણનો ઉપયોગ થાય છે. પ્રથમ પ્રક્રિયામાં, તમામ અસ્થિર ઘટકોને બહાર કાઢવા માટે પૂર્વગામીઓને 400 અને 850 °C ની વચ્ચે ઊંચા તાપમાનને આધિન કરવામાં આવે છે. ઉચ્ચ એલિવેટેડ તાપમાન વાયુઓ અને ટાર્સના સ્વરૂપમાં હાઇડ્રોજન, ઓક્સિજન અને નાઇટ્રોજન જેવા પુરોગામીમાંથી તમામ બિનકાર્બન ઘટકોને દૂર કરે છે. આ પ્રક્રિયા ઉચ્ચ કાર્બન સામગ્રી પરંતુ નીચી સપાટી વિસ્તાર અને છિદ્રાળુતા ધરાવતું ચાર ઉત્પન્ન કરે છે. જો કે, બીજા પગલામાં અગાઉ સંશ્લેષિત ચારનું સક્રિયકરણ સામેલ છે. સક્રિયકરણ પ્રક્રિયા દરમિયાન છિદ્રોના કદમાં વૃદ્ધિને ત્રણમાં વર્ગીકૃત કરી શકાય છે: અગાઉના અપ્રાપ્ય છિદ્રો ખોલવા, પસંદગીયુક્ત સક્રિયકરણ દ્વારા નવા છિદ્રોનો વિકાસ અને હાલના છિદ્રોને પહોળા કરવા.
સામાન્ય રીતે, બે અભિગમો, ભૌતિક અને રાસાયણિક, ઇચ્છિત સપાટી વિસ્તાર અને છિદ્રાળુતા મેળવવા માટે સક્રિયકરણ માટે ઉપયોગમાં લેવાય છે. ભૌતિક સક્રિયકરણમાં હવા, કાર્બન ડાયોક્સાઇડ અને વરાળ જેવા ઓક્સિડાઇઝિંગ વાયુઓનો ઉપયોગ કરીને કાર્બનાઇઝ્ડ ચારને ઊંચા તાપમાને (650 અને 900 °C ની વચ્ચે) સક્રિય કરવાનો સમાવેશ થાય છે. કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સામાન્ય રીતે તેની શુદ્ધ પ્રકૃતિ, સરળ હેન્ડલિંગ અને 800 °C આસપાસ નિયંત્રણક્ષમ સક્રિયકરણ પ્રક્રિયાને કારણે પસંદ કરવામાં આવે છે. વરાળની તુલનામાં કાર્બન ડાયોક્સાઇડ સક્રિયકરણ સાથે ઉચ્ચ છિદ્ર સમાનતા મેળવી શકાય છે. જો કે, ભૌતિક સક્રિયકરણ માટે, કાર્બન ડાયોક્સાઇડની તુલનામાં વરાળને વધુ પ્રાધાન્ય આપવામાં આવે છે કારણ કે પ્રમાણમાં ઊંચા સપાટી વિસ્તાર સાથે AC ઉત્પન્ન કરી શકાય છે. પાણીના નાના અણુના કદને કારણે, ચારની રચનામાં તેનો ફેલાવો અસરકારક રીતે થાય છે. વરાળ દ્વારા સક્રિયકરણ કાર્બન ડાયોક્સાઈડ કરતાં લગભગ બે થી ત્રણ ગણું વધારે હોવાનું જાણવા મળ્યું છે અને સમાન ડિગ્રીના રૂપાંતરણ સાથે.
જો કે, રાસાયણિક અભિગમમાં સક્રિય એજન્ટો (NaOH, KOH, અને FeCl3, વગેરે) સાથે પૂર્વવર્તી મિશ્રણનો સમાવેશ થાય છે. આ સક્રિય કરનારા એજન્ટો ઓક્સિડન્ટ્સ તેમજ ડિહાઇડ્રેટિંગ એજન્ટ તરીકે કામ કરે છે. આ અભિગમમાં, ભૌતિક અભિગમની તુલનામાં 300-500 °C ના પ્રમાણમાં ઓછા તાપમાને કાર્બનીકરણ અને સક્રિયકરણ એકસાથે હાથ ધરવામાં આવે છે. પરિણામે, તે પાયરોલિટીક વિઘટનને અસર કરે છે અને તે પછી, સુધારેલ છિદ્રાળુ બંધારણ અને ઉચ્ચ કાર્બન ઉપજના વિસ્તરણમાં પરિણમે છે. ભૌતિક અભિગમ કરતાં રાસાયણિકના મુખ્ય ફાયદાઓ નીચા તાપમાનની જરૂરિયાત, ઉચ્ચ માઇક્રોપોરોસિટી સ્ટ્રક્ચર્સ, વિશાળ સપાટી વિસ્તાર અને ન્યૂનતમ પ્રતિક્રિયા પૂર્ણ થવાનો સમય છે.
રાસાયણિક સક્રિયકરણ પદ્ધતિની શ્રેષ્ઠતા કિમ અને તેના સહકાર્યકરો દ્વારા પ્રસ્તાવિત મોડેલના આધારે સમજાવી શકાય છે [1] જે મુજબ AC માં માઇક્રોપોર્સની રચના માટે જવાબદાર વિવિધ ગોળાકાર માઇક્રોડોમેન્સ જોવા મળે છે. બીજી બાજુ, મેસોપોર્સ ઇન્ટરમાઇક્રોડોમેન પ્રદેશોમાં વિકસિત થાય છે. પ્રાયોગિક રીતે, તેઓએ રાસાયણિક (KOH નો ઉપયોગ કરીને) અને ભૌતિક (વરાળનો ઉપયોગ કરીને) સક્રિયકરણ (આકૃતિ 1) દ્વારા ફિનોલ-આધારિત રેઝિનમાંથી સક્રિય કાર્બનની રચના કરી. પરિણામો દર્શાવે છે કે સ્ટીમ એક્ટિવેશન દ્વારા 2213 m2/g ની સરખામણીમાં KOH સક્રિયકરણ દ્વારા સંશ્લેષિત AC 2878 m2/g નું ઉચ્ચ સપાટી વિસ્તાર ધરાવે છે. વધુમાં, અન્ય પરિબળો જેમ કે છિદ્રનું કદ, સપાટીનું ક્ષેત્રફળ, માઇક્રોપોરનું પ્રમાણ અને છિદ્રની સરેરાશ પહોળાઈ તમામ KOH-સક્રિય સ્થિતિમાં સ્ટીમ એક્ટિવેટેડની સરખામણીમાં વધુ સારી હોવાનું જણાયું હતું.

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

કણોના કદ અને તૈયારીની પદ્ધતિના આધારે, તેને ત્રણ પ્રકારોમાં વર્ગીકૃત કરી શકાય છે: સંચાલિત એસી, દાણાદાર એસી અને બીડ એસી. સંચાલિત AC 1 મીમી કદ ધરાવતા બારીક ગ્રાન્યુલ્સમાંથી બને છે જેની સરેરાશ વ્યાસ શ્રેણી 0.15-0.25 મીમી હોય છે. દાણાદાર AC તુલનાત્મક રીતે મોટું કદ અને ઓછું બાહ્ય સપાટી વિસ્તાર ધરાવે છે. દાણાદાર AC નો ઉપયોગ તેમના પરિમાણ ગુણોત્તરના આધારે વિવિધ પ્રવાહી તબક્કા અને વાયુયુક્ત તબક્કાના કાર્યક્રમો માટે થાય છે. ત્રીજો વર્ગ: મણકાનું AC સામાન્ય રીતે 0.35 થી 0.8 mm સુધીના વ્યાસ સાથે પેટ્રોલિયમ પિચમાંથી સંશ્લેષણ કરવામાં આવે છે. તે તેની ઉચ્ચ યાંત્રિક શક્તિ અને ઓછી ધૂળ સામગ્રી માટે જાણીતું છે. તેની ગોળાકાર રચનાને કારણે પાણીના શુદ્ધિકરણ જેવા પ્રવાહીયુક્ત પથારીમાં તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે.