സജീവമാക്കിയ കാർബണിന്റെ ആമുഖം

ആക്റ്റിവേറ്റഡ് കാർബൺ (AC) എന്നത് മരം, തേങ്ങാ ചിരട്ട, കൽക്കരി, കോണുകൾ എന്നിവയിൽ നിന്ന് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന ഉയർന്ന സുഷിരവും ആഗിരണം ചെയ്യാനുള്ള കഴിവുമുള്ള ഉയർന്ന കാർബണീഷ്യസ് വസ്തുക്കളെയാണ് സൂചിപ്പിക്കുന്നത്. ജലത്തിൽ നിന്നും വായു വസ്തുക്കളിൽ നിന്നുമുള്ള നിരവധി മാലിന്യങ്ങൾ നീക്കം ചെയ്യുന്നതിനായി വിവിധ വ്യവസായങ്ങളിൽ പതിവായി ഉപയോഗിക്കുന്ന അഡ്‌സോർബന്റുകളിൽ ഒന്നാണ് എസി. കാർഷിക, മാലിന്യ ഉൽപ്പന്നങ്ങളിൽ നിന്നും സമന്വയിപ്പിച്ച എസി ആയതിനാൽ, പരമ്പരാഗതമായി ഉപയോഗിക്കുന്ന പുതുക്കാനാവാത്തതും ചെലവേറിയതുമായ സ്രോതസ്സുകൾക്ക് ഇത് ഒരു മികച്ച ബദലാണെന്ന് തെളിയിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. എസി തയ്യാറാക്കുന്നതിന്, കാർബണൈസേഷൻ, ആക്റ്റിവേഷൻ എന്നീ രണ്ട് അടിസ്ഥാന പ്രക്രിയകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ആദ്യ പ്രക്രിയയിൽ, എല്ലാ അസ്ഥിര ഘടകങ്ങളെയും പുറന്തള്ളാൻ പ്രീകറുകൾ 400 മുതൽ 850°C വരെയുള്ള ഉയർന്ന താപനിലയ്ക്ക് വിധേയമാക്കുന്നു. ഉയർന്ന ഉയർന്ന താപനില വാതകങ്ങളുടെയും ടാറുകളുടെയും രൂപത്തിൽ ഹൈഡ്രജൻ, ഓക്സിജൻ, നൈട്രജൻ തുടങ്ങിയ പ്രീകറസിൽ നിന്ന് എല്ലാ കാർബൺ ഇതര ഘടകങ്ങളെയും നീക്കംചെയ്യുന്നു. ഈ പ്രക്രിയ ഉയർന്ന കാർബൺ ഉള്ളടക്കമുള്ളതും എന്നാൽ കുറഞ്ഞ ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണവും പോറോസിറ്റിയും ഉള്ള ചാരിനെ ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, രണ്ടാമത്തെ ഘട്ടത്തിൽ മുമ്പ് സംശ്ലേഷണം ചെയ്ത ചാരിന്റെ സജീവമാക്കൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. സജീവമാക്കൽ പ്രക്രിയയിൽ സുഷിരങ്ങളുടെ വലുപ്പ വർദ്ധനവിനെ മൂന്നായി തരം തിരിക്കാം: മുമ്പ് പ്രവേശിക്കാൻ കഴിയാത്ത സുഷിരങ്ങൾ തുറക്കൽ, തിരഞ്ഞെടുത്ത സജീവമാക്കൽ വഴി പുതിയ സുഷിര വികസനം, നിലവിലുള്ള സുഷിരങ്ങളുടെ വികാസം.
സാധാരണയായി, ആവശ്യമുള്ള ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണവും സുഷിരവും ലഭിക്കുന്നതിന് സജീവമാക്കുന്നതിന് ഭൗതികവും രാസപരവുമായ രണ്ട് സമീപനങ്ങളാണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ഉയർന്ന താപനിലയിൽ (650 നും 900°C നും ഇടയിൽ) വായു, കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ്, നീരാവി തുടങ്ങിയ ഓക്സിഡൈസിംഗ് വാതകങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് കാർബണൈസ് ചെയ്ത കരി സജീവമാക്കുന്നതാണ് ഭൗതിക സജീവമാക്കൽ. ശുദ്ധമായ സ്വഭാവം, എളുപ്പത്തിൽ കൈകാര്യം ചെയ്യൽ, ഏകദേശം 800°C യിൽ നിയന്ത്രിക്കാവുന്ന സജീവമാക്കൽ പ്രക്രിയ എന്നിവ കാരണം കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് സാധാരണയായി ഇഷ്ടപ്പെടുന്നു. നീരാവിയെ അപേക്ഷിച്ച് കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് സജീവമാക്കുന്നതിലൂടെ ഉയർന്ന സുഷിര ഏകീകൃതത ലഭിക്കും. എന്നിരുന്നാലും, ഭൗതിക സജീവമാക്കലിന്, കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡിനെ അപേക്ഷിച്ച് നീരാവിയാണ് കൂടുതൽ ഇഷ്ടപ്പെടുന്നത്, കാരണം താരതമ്യേന ഉയർന്ന ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണമുള്ള എസി ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയും. ജലത്തിന്റെ തന്മാത്രാ വലുപ്പം കുറവായതിനാൽ, ചാരിന്റെ ഘടനയ്ക്കുള്ളിൽ അതിന്റെ വ്യാപനം കാര്യക്ഷമമായി സംഭവിക്കുന്നു. അതേ അളവിലുള്ള പരിവർത്തനത്തോടെ കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡിനേക്കാൾ രണ്ടോ മൂന്നോ മടങ്ങ് കൂടുതലായിരിക്കും നീരാവി വഴിയുള്ള സജീവമാക്കൽ എന്ന് കണ്ടെത്തിയിട്ടുണ്ട്.
എന്നിരുന്നാലും, രാസ സമീപനത്തിൽ മുൻഗാമിയെ ആക്റ്റിവേറ്റിംഗ് ഏജന്റുകളുമായി (NaOH, KOH, FeCl3, മുതലായവ) കലർത്തുന്നത് ഉൾപ്പെടുന്നു. ഈ ആക്റ്റിവേറ്റിംഗ് ഏജന്റുകൾ ഓക്സിഡന്റുകളായും നിർജ്ജലീകരണ ഏജന്റുകളായും പ്രവർത്തിക്കുന്നു. ഈ സമീപനത്തിൽ, ഭൗതിക സമീപനവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ താരതമ്യേന കുറഞ്ഞ താപനില 300-500°C ൽ കാർബണൈസേഷനും ആക്റ്റിവേഷനും ഒരേസമയം നടത്തുന്നു. തൽഫലമായി, ഇത് പൈറോലൈറ്റിക് വിഘടനത്തെ ബാധിക്കുകയും തുടർന്ന് മെച്ചപ്പെട്ട പോറസ് ഘടനയുടെ വികാസത്തിനും ഉയർന്ന കാർബൺ വിളവിനും കാരണമാവുകയും ചെയ്യുന്നു. ഭൗതിക സമീപനത്തേക്കാൾ രാസ സമീപനത്തിന്റെ പ്രധാന നേട്ടങ്ങൾ കുറഞ്ഞ താപനില ആവശ്യകത, ഉയർന്ന മൈക്രോപോറോസിറ്റി ഘടനകൾ, വലിയ ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം, കുറഞ്ഞ പ്രതിപ്രവർത്തന പൂർത്തീകരണ സമയം എന്നിവയാണ്.
കിമ്മും സഹപ്രവർത്തകരും നിർദ്ദേശിച്ച ഒരു മാതൃകയുടെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ കെമിക്കൽ ആക്റ്റിവേഷൻ രീതിയുടെ മേന്മ വിശദീകരിക്കാം [1], അതനുസരിച്ച് മൈക്രോപോറുകളുടെ രൂപീകരണത്തിന് കാരണമായ വിവിധ ഗോളാകൃതിയിലുള്ള മൈക്രോഡൊമെയ്‌നുകൾ എസിയിൽ കാണപ്പെടുന്നു. മറുവശത്ത്, ഇന്റർമൈക്രോഡൊമെയ്‌ൻ മേഖലകളിലാണ് മെസോപോറുകൾ വികസിപ്പിച്ചെടുക്കുന്നത്. പരീക്ഷണാത്മകമായി, കെമിക്കൽ (KOH ഉപയോഗിച്ച്) വഴിയും ഫിസിക്കൽ (സ്റ്റീം ഉപയോഗിച്ച്) ആക്റ്റിവേഷൻ വഴിയും അവർ ഫിനോൾ അധിഷ്ഠിത റെസിനിൽ നിന്ന് ആക്റ്റിവേറ്റഡ് കാർബൺ രൂപപ്പെടുത്തി (ചിത്രം 1). KOH ആക്റ്റിവേഷൻ വഴി സമന്വയിപ്പിച്ച എസിക്ക് സ്റ്റീം ആക്റ്റിവേഷൻ വഴി 2213 m2/g എന്നതിനേക്കാൾ 2878 m2/g ഉയർന്ന ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണമുണ്ടെന്ന് ഫലങ്ങൾ കാണിച്ചു. കൂടാതെ, പോർ വലുപ്പം, ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണം, മൈക്രോപോർ വോളിയം, ശരാശരി പോർ വീതി തുടങ്ങിയ മറ്റ് ഘടകങ്ങളെല്ലാം നീരാവി സജീവമാക്കിയതിനേക്കാൾ KOH-ആക്റ്റിവേറ്റഡ് സാഹചര്യങ്ങളിൽ മികച്ചതാണെന്ന് കണ്ടെത്തി.

സ്റ്റീം ആക്റ്റിവേഷൻ (C6S9), KOH ആക്റ്റിവേഷൻ (C6K9) എന്നിവയിൽ നിന്ന് തയ്യാറാക്കിയ AC തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസങ്ങൾ യഥാക്രമം, മൈക്രോസ്ട്രക്ചർ മോഡലിന്റെ അടിസ്ഥാനത്തിൽ വിശദീകരിച്ചിരിക്കുന്നു.

കണികാ വലിപ്പവും തയ്യാറാക്കുന്ന രീതിയും അനുസരിച്ച് ഇതിനെ മൂന്ന് തരങ്ങളായി തിരിക്കാം: പവർഡ് എസി, ഗ്രാനുലാർ എസി, ബീഡ് എസി. 1 മില്ലീമീറ്റർ വലിപ്പമുള്ളതും ശരാശരി 0.15-0.25 മില്ലീമീറ്റർ വ്യാസമുള്ളതുമായ സൂക്ഷ്മ തരികൾ ഉപയോഗിച്ചാണ് പവർഡ് എസി രൂപപ്പെടുന്നത്. ഗ്രാനുലാർ എസിക്ക് താരതമ്യേന വലിയ വലിപ്പവും കുറഞ്ഞ ബാഹ്യ ഉപരിതല വിസ്തീർണ്ണവുമുണ്ട്. വിവിധ ദ്രാവക ഘട്ട, വാതക ഘട്ട ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് അവയുടെ അളവുകൾ അനുസരിച്ച് ഗ്രാനുലാർ എസി ഉപയോഗിക്കുന്നു. മൂന്നാം ക്ലാസ്: ബീഡ് എസി സാധാരണയായി 0.35 മുതൽ 0.8 മില്ലീമീറ്റർ വരെ വ്യാസമുള്ള പെട്രോളിയം പിച്ചിൽ നിന്നാണ് സമന്വയിപ്പിക്കുന്നത്. ഉയർന്ന മെക്കാനിക്കൽ ശക്തിക്കും കുറഞ്ഞ പൊടിപടലത്തിനും ഇത് പേരുകേട്ടതാണ്. ഗോളാകൃതിയിലുള്ള ഘടന കാരണം ജല ശുദ്ധീകരണം പോലുള്ള ദ്രാവകവൽക്കരിച്ച കിടക്ക ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഇത് വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു.