Virkt kolefni (e. activated carbon, AC) vísar til mjög kolefnisríks efnis með mikla gegndræpi og soggetu sem framleitt er úr viði, kókosskeljum, kolum og könglum o.s.frv. Virkt kolefni er eitt af algengustu adsorberunum sem notaðir eru í ýmsum atvinnugreinum til að fjarlægja fjölmörg mengunarefni úr vatni og lofti. Þar sem virkt kolefni, sem er framleitt úr landbúnaðar- og úrgangsefnum, hefur það reynst frábær valkostur við hefðbundnar óendurnýjanlegar og dýrar orkugjafa. Við framleiðslu á virku kolefni eru tvö grunnferli notuð, kolefnismyndun og virkjun. Í fyrra ferlinu eru forverarnir settir í háan hita, á milli 400 og 850°C, til að losa sig við öll rokgjörn efni. Hátt hitastig fjarlægir öll önnur efni en kolefni úr forveranum, svo sem vetni, súrefni og köfnunarefni, í formi lofttegunda og tjöru. Þetta ferli framleiðir kolefni með hátt kolefnisinnihald en lítið yfirborðsflatarmál og gegndræpi. Hins vegar felur annað skrefið í sér virkjun á áður mynduðu kolefni. Aukning á svitaholum meðan á virkjunarferlinu stendur má flokka í þrennt: opnun áður óaðgengilegra svitahola, þróun nýrra svitahola með sértækri virkjun og víkkun núverandi svitahola.
Venjulega eru tvær aðferðir, eðlisfræðilegar og efnafræðilegar, notaðar til að virkja til að fá æskilegt yfirborðsflatarmál og gegndræpi. Eðlisfræðileg virkjun felur í sér virkjun kolefnisríks kolefnis með oxandi lofttegundum eins og lofti, koltvísýringi og gufu við hátt hitastig (á milli 650 og 900°C). Koltvísýringur er venjulega æskilegri vegna hreinleika þess, auðveldrar meðhöndlunar og stjórnanlegs virkjunarferlis við um 800°C. Hægt er að fá mikla einsleitni í porunum með koltvísýringsvirkjun samanborið við gufu. Hins vegar, fyrir eðlisfræðilega virkjun, er gufa mun æskilegri samanborið við koltvísýring þar sem hægt er að framleiða lofttegundir með tiltölulega stóru yfirborðsflatarmáli. Vegna minni sameindastærðar vatns á sér stað skilvirkari dreifing þess innan kolefnisbyggingarinnar. Virkjun með gufu hefur reynst vera um það bil tvisvar til þrisvar sinnum meiri en koltvísýringur með sama umbreytingarstigi.
Hins vegar felur efnafræðileg aðferð í sér að blanda forvera saman við virkjunarefni (NaOH, KOH og FeCl3, o.s.frv.). Þessi virkjunarefni virka sem oxunarefni og þurrkandi efni. Í þessari aðferð eru kolefnismyndun og virkjun framkvæmd samtímis við tiltölulega lægra hitastig, 300-500°C, samanborið við eðlisfræðilega aðferð. Fyrir vikið hefur það áhrif á niðurbrot brennslu og leiðir síðan til útþenslu, bættrar porous uppbyggingar og mikillar kolefnisframleiðslu. Helstu kostir efnafræðilegrar aðferðar umfram eðlisfræðilega aðferð eru lágt hitastig, mikil örporous uppbygging, stórt yfirborðsflatarmál og lágmarkaður tími til að ljúka viðbrögðum.
Yfirburðir efnavirkjunaraðferðarinnar má útskýra með líkani sem Kim og samstarfsmenn hans lögðu til [1] þar sem ýmis kúlulaga örlén sem bera ábyrgð á myndun örhola finnast í AC. Hins vegar myndast mesóholur á svæðum milli örléna. Tilraunakennt mynduðu þau virkt kolefni úr fenól-byggðu plastefni með efnavirkjun (með KOH) og eðlisfræðilegri virkjun (með gufu) (Mynd 1). Niðurstöður sýndu að AC sem myndað var með KOH-virkjun hafði mikið yfirborðsflatarmál, 2878 m2/g, samanborið við 2213 m2/g með gufuvirkjun. Að auki reyndust aðrir þættir eins og svitaholastærð, yfirborðsflatarmál, rúmmál örhola og meðalbreidd svitahola vera betri við KOH-virkjaðar aðstæður samanborið við gufuvirkjaðar aðstæður.
Mismunur á loftkælingu sem framleidd er með gufuvirkjun (C6S9) og KOH-virkjun (C6K9), útskýrður með örbyggingarlíkani.
Eftir agnastærð og framleiðsluaðferð má flokka það í þrjár gerðir: knúna riðstraumskælingu, kornótta riðstraumskælingu og perlu-riðstraumskælingu. Knúin riðstraumskæling er mynduð úr fínum kornum sem eru 1 mm að stærð með meðalþvermál á bilinu 0,15-0,25 mm. Kornótt riðstraumskæling er tiltölulega stærri og hefur minna ytra yfirborðsflatarmál. Kornótt riðstraumskæling er notuð fyrir ýmsar notkunarmöguleika í fljótandi og loftkenndu fasa eftir því hvaða stærðarhlutföll þau eru. Þriðji flokkur: Perlu-riðstraumskæling er almennt mynduð úr jarðolíubiki með þvermál á bilinu 0,35 til 0,8 mm. Hún er þekkt fyrir mikinn vélrænan styrk og lágt rykinnihald. Hún er mikið notuð í fljótandi rúmum eins og vatnssíun vegna kúlulaga uppbyggingar sinnar.
Birtingartími: 18. júní 2022