Das Verfahren zur Verarbeitung von Aktivkohle besteht typischerweise aus einer Karbonisierung und anschließender Aktivierung von kohlenstoffhaltigem Material pflanzlichen Ursprungs.Karbonisierung ist eine Wärmebehandlung bei 400–800 °C, die Rohstoffe in Kohlenstoff umwandelt, indem der Gehalt an flüchtigen Stoffen minimiert und der Kohlenstoffgehalt des Materials erhöht wird.Dies erhöht die Festigkeit des Materials und erzeugt eine anfängliche poröse Struktur, die für die Aktivierung des Kohlenstoffs erforderlich ist.Die Anpassung der Karbonisierungsbedingungen kann erhebliche Auswirkungen auf das Endprodukt haben.Eine erhöhte Carbonisierungstemperatur erhöht die Reaktivität, verringert jedoch gleichzeitig das vorhandene Porenvolumen.Dieses verringerte Porenvolumen ist auf eine zunehmende Kondensation des Materials bei höheren Karbonisierungstemperaturen zurückzuführen, was zu einer Erhöhung der mechanischen Festigkeit führt.Daher ist es wichtig, die richtige Prozesstemperatur basierend auf dem gewünschten Carbonisierungsprodukt 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 des Wasserstoffs und Sauerstoffs aus der Kohlenstoffstruktur entfernt.Bei der chemischen Aktivierung werden häufig der Karbonisierungs- und der Aktivierungsschritt kombiniert, je nach Verfahren können diese beiden Schritte jedoch auch getrennt erfolgen.Bei der Verwendung von KOH als chemischem Aktivierungsmittel wurden große Oberflächen von über 3.000 m2/g gefunden.
Aktivkohle aus verschiedenen Rohstoffen.
Aktivkohle ist nicht nur ein Adsorbens für viele verschiedene Zwecke, sondern kann auch aus einer Vielzahl unterschiedlicher Rohstoffe hergestellt werden, was sie zu einem unglaublich vielseitigen Produkt macht, das je nach verfügbarem Rohstoff in vielen verschiedenen Bereichen hergestellt werden kann.Zu diesen Materialien gehören Pflanzenschalen, Obstkerne, Holzmaterialien, Asphalt, Metallkarbide, Ruße, Abfallablagerungen aus der Kanalisation und Polymerabfälle.Verschiedene Kohlearten, die bereits in kohlenstoffhaltiger Form mit ausgeprägter Porenstruktur vorliegen, können zu Aktivkohle weiterverarbeitet werden.Obwohl Aktivkohle aus fast jedem Rohstoff hergestellt werden kann, ist es am kostengünstigsten und umweltbewusstesten, Aktivkohle aus Abfallmaterialien herzustellen.Aus Kokosnussschalen hergestellte Aktivkohle weist nachweislich ein hohes Mikroporenvolumen auf, was sie zum am häufigsten verwendeten Rohstoff für Anwendungen macht, bei denen eine hohe Adsorptionskapazität erforderlich ist.Auch Sägespäne und andere Holzabfälle enthalten 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 erheblicher Härte, Abriebfestigkeit und hohem Mikroporenvolumen.PVC-Abfälle können aktiviert werden, wenn zuvor HCl entfernt wird, und es entsteht eine Aktivkohle, die ein gutes Adsorptionsmittel für Methylenblau ist.Sogar aus Reifenschrott wurde Aktivkohle hergestellt.Um zwischen der breiten Palette möglicher Vorläufer unterscheiden zu können, ist es notwendig, die resultierenden physikalischen Eigenschaften nach der Aktivierung zu bewerten.Bei der Auswahl eines Vorläufers sind folgende Eigenschaften von Bedeutung: spezifische Oberfläche der Poren, Porenvolumen und Porenvolumenverteilung, Zusammensetzung und Größe der Granulatkörner sowie chemische Struktur/Charakter der Kohlenstoffoberfläche.
Die Auswahl des richtigen Vorläufers für die richtige Anwendung ist sehr wichtig, da die Variation der Vorläufermaterialien die Steuerung der Kohlenstoffporenstruktur ermöglicht.Verschiedene Vorläufer enthalten unterschiedliche Mengen an Makroporen (> 50 nm), die ihre Reaktivität bestimmen.Diese Makroporen sind für die Adsorption nicht wirksam, aber ihr Vorhandensein ermöglicht mehr Kanäle für die Bildung von Mikroporen während der Aktivierung.Darüber hinaus bieten die Makroporen mehr Möglichkeiten für Adsorbatmoleküle, während der Adsorption die Mikroporen zu erreichen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 01.04.2022