Das Verfahren zur Verarbeitung von Aktivkohle besteht typischerweise aus einer Karbonisierung, gefolgt von einer Aktivierung des kohlenstoffhaltigen Materials pflanzlichen Ursprungs. Karbonisierung ist eine Wärmebehandlung bei 400–800 °C, die Rohstoffe in Kohlenstoff umwandelt, indem der Gehalt an flüchtigen Bestandteilen minimiert und der Kohlenstoffgehalt des Materials erhöht wird. Dies erhöht die Festigkeit des Materials und erzeugt eine anfängliche poröse Struktur, die für die Aktivierung der Kohle erforderlich ist. Die Anpassung der Karbonisierungsbedingungen kann das Endprodukt erheblich beeinflussen. Eine erhöhte Karbonisierungstemperatur steigert die Reaktivität, verringert aber gleichzeitig das vorhandene Porenvolumen. Dieses verringerte Porenvolumen ist auf eine verstärkte Kondensation des Materials bei höheren Karbonisierungstemperaturen zurückzuführen, die eine höhere mechanische Festigkeit zur Folge hat. Daher ist es wichtig, die richtige Prozesstemperatur basierend auf dem gewünschten Karbonisierungsprodukt zu wählen.
Diese Oxide diffundieren aus dem Kohlenstoff, was zu einer teilweisen Vergasung führt, die zuvor geschlossene Poren öffnet und die innere poröse Struktur des Kohlenstoffs weiterentwickelt. Bei der chemischen Aktivierung wird der Kohlenstoff bei hohen Temperaturen mit einem Dehydratisierungsmittel umgesetzt, das den Großteil von Wasserstoff und Sauerstoff aus der Kohlenstoffstruktur entfernt. Die chemische Aktivierung kombiniert häufig den Karbonisierungs- und Aktivierungsschritt, kann aber je nach Verfahren auch getrennt erfolgen. Bei Verwendung von KOH als chemischem Aktivierungsmittel wurden hohe Oberflächen von über 3.000 m²/g festgestellt.
Aktivkohle aus verschiedenen Rohstoffen.
Aktivkohle ist nicht nur ein vielseitig einsetzbares Adsorptionsmittel, sondern kann auch aus einer Vielzahl unterschiedlicher Rohstoffe hergestellt werden. Das macht sie zu einem äußerst vielseitigen Produkt, das je nach verfügbarem Rohstoff in vielen verschiedenen Bereichen eingesetzt werden kann. Zu diesen Materialien gehören beispielsweise Pflanzenschalen, Fruchtkerne, Holzmaterialien, Asphalt, Metallkarbide, Ruße, Abwasserabfälle und Polymerabfälle. Verschiedene Kohlearten, die bereits in kohlenstoffhaltiger Form mit ausgeprägter Porenstruktur vorliegen, können zu Aktivkohle weiterverarbeitet werden. Obwohl Aktivkohle aus nahezu jedem Rohstoff hergestellt werden kann, ist die Produktion aus Abfallstoffen am kostengünstigsten und umweltfreundlichsten. Aktivkohle aus Kokosnussschalen weist nachweislich ein hohes Volumen an Mikroporen auf und ist daher der am häufigsten verwendete Rohstoff für Anwendungen, bei denen eine hohe Adsorptionskapazität erforderlich ist. Sägemehl und andere Holzabfälle enthalten ebenfalls stark ausgeprägte mikroporöse Strukturen, die sich gut für die Adsorption aus der Gasphase eignen. Die Herstellung von Aktivkohle aus Oliven-, Pflaumen-, Aprikosen- und Pfirsichkernen liefert hochhomogene Adsorbentien mit hoher Härte, Abriebfestigkeit und hohem Mikroporenvolumen. PVC-Abfälle können nach vorheriger Entfernung von HCl aktiviert werden und ergeben eine Aktivkohle, die ein gutes Adsorbent für Methylenblau ist. Auch aus Reifenabfällen wurde Aktivkohle hergestellt. Um die große Bandbreite möglicher Präkursoren zu unterscheiden, ist es notwendig, die resultierenden physikalischen Eigenschaften nach der Aktivierung zu bewerten. Bei der Auswahl eines Präkursors sind folgende Eigenschaften von Bedeutung: spezifische Porenoberfläche, Porenvolumen und Porenvolumenverteilung, Zusammensetzung und Größe der Granulate sowie chemische Struktur/Beschaffenheit der Kohlenstoffoberfläche.
Die Wahl des richtigen Präkursors für die jeweilige Anwendung ist sehr wichtig, da die Variation der Präkursormaterialien die Porenstruktur des Kohlenstoffs beeinflusst. Verschiedene Präkursoren enthalten unterschiedliche Mengen an Makroporen (> 50 nm), die ihre Reaktivität bestimmen. Diese Makroporen sind zwar nicht adsorptionswirksam, ermöglichen aber die Bildung von Mikroporen während der Aktivierung. Darüber hinaus bieten die Makroporen den Adsorbatmolekülen mehr Wege, die Mikroporen während der Adsorption zu erreichen.
Veröffentlichungszeit: 01.04.2022