La formazione del carbone attivo ha tre fasi cruciali.
In primo luogo, le materie prime per il carbone attivo provenivano da sostanze ricche di carbonio, tra cui carbone, legno, gusci di cocco e così via. Queste materie prime devono essere sottoposte a pretrattamento per soddisfare le condizioni, ad esempio pulizia, frantumazione e vagliatura, per rimuovere le impurità e controllare le dimensioni. Ad esempio, il legno viene solitamente tagliato in blocchi, mentre il carbone viene frantumato in particelle di dimensioni simili. La selezione delle materie prime appropriate è fondamentale per il carbone attivo perché diversi materiali influenzano profondamente la distribuzione dei pori del carbone attivo. Il carbone di cocco attivo non solo ha particelle uniformi, ma ha anche buone prestazioni di assorbimento.
La seconda fase è il processo di carbonizzazione, che è la fase iniziale di formazione del carbone attivo. Le materie prime vengono riscaldate in un ambiente-carente di ossigeno a un intervallo di temperature compreso tra 400 e 1000 gradi, per rimuovere l'umidità e altre sostanze. Questo passaggio fa sì che la materia organica si decomponga e si trasformi gradualmente in sostanze carbonizzate composte principalmente da carbonio.
Controllando la velocità di riscaldamento e il tempo di mantenimento, gli operatori possono prevenire il collasso strutturale in una certa misura e garantire la stabilità delle sostanze carbonizzate. Dopo la carbonizzazione, le materie prime perdono gran parte dei loro tessuti organici e formano gradualmente uno scheletro carbonioso preliminare. Prendiamo come esempio il carbone attivo di cocco. La struttura in carbonio del carbone del guscio di noce di cocco ha rimosso le impurità e l'umidità. Poiché il carbone attivo non è stato ancora completamente formato, la superficie specifica in questa fase è relativamente bassa e la capacità di adsorbimento è limitata. È necessaria un'ulteriore attivazione per attivare le sue prestazioni strutturali.
La terza fase, l'attivazione, è un processo chiave nella formazione del carbone attivo ed è principalmente divisa in attivazione fisica e attivazione chimica. I due metodi hanno caratteristiche diverse nel processo. L'attivazione fisica utilizza gas ad alta-temperatura come il vapore come agente attivante e reagisce espandendo la struttura dei pori. Quindi questo metodo può essere utilizzato principalmente in fabbrica. Al contrario, l'attivazione chimica è più efficiente, comunemente si utilizzano reagenti come l'idrossido di potassio per trattare le materie prime a L'attivazione chimica può generare più micropori a temperature più basse, migliorando significativamente la conduttività elettrica e le prestazioni di adsorbimento. Quindi il metodo viene solitamente utilizzato in laboratorio. Entrambi i metodi hanno i loro vantaggi: l'attivazione fisica è più rispettosa dell'ambiente ma richiede più tempo; l'attivazione chimica è più rapida ed efficiente ma richiede un'attenta gestione dei residui chimici.
Infine, una volta completata l'attivazione del carbone attivo, è necessario anche il post-trattamento. Ciò include il lavaggio con acqua per rimuovere gli agenti attivanti residui, seguito dal trattamento in un forno ad alta-temperatura a oltre 800 gradi per migliorare la durezza. Successivamente il carbone attivo viene essiccato e classificato mediante setacciatura in base alla granulometria per garantire la consistenza del prodotto finito. Un rigoroso post-trattamento può prevenire la contaminazione e ottimizzare la stabilità del carbone attivo.
In conclusione, la formazione del carbone attivo è un processo complesso. Attraverso il controllo meticoloso delle fasi di carbonizzazione, attivazione e post-trattamento, i materiali organici contenenti carbonio-ordinario possono essere trasformati in carbone attivo adsorbente altamente efficiente. Questa tecnologia non solo promuove lo sviluppo nel campo della protezione ambientale, ma offre anche nuove possibilità per lo stoccaggio dell’energia e la catalisi industriale. Con il progresso tecnologico, la produzione di carbone attivo si sta evolvendo verso una direzione più sostenibile.