Carvão ativado (AC) refere-se aos materiais altamente carbonáceos com alta porosidade e capacidade de sorção produzidos a partir de madeira, cascas de coco, carvão e cones, etc. AC é um dos adsorventes freqüentemente usados em diversas indústrias para a remoção de numerosos poluentes de corpos de água e ar. Desde então, o AC sintetizado a partir de produtos agrícolas e residuais, provou ser uma ótima alternativa às fontes não renováveis e caras tradicionalmente utilizadas. Para a preparação do AC são utilizados dois processos básicos, carbonização e ativação. No primeiro processo, os precursores são submetidos a altas temperaturas, entre 400 e 850°C, para expulsar todos os componentes voláteis. A temperatura elevada remove todos os componentes não carbonosos do precursor, como hidrogênio, oxigênio e nitrogênio na forma de gases e alcatrão. Este processo produz carvão com alto teor de carbono, mas baixa área superficial e porosidade. Porém, a segunda etapa envolve a ativação do char previamente sintetizado. O aumento do tamanho dos poros durante o processo de ativação pode ser categorizado em três: abertura de poros anteriormente inacessíveis, desenvolvimento de novos poros por ativação seletiva e alargamento dos poros existentes.
Normalmente, duas abordagens, física e química, são usadas para ativação para obter a área superficial e a porosidade desejadas. A ativação física envolve a ativação do carvão carbonizado utilizando gases oxidantes como ar, dióxido de carbono e vapor em altas temperaturas (entre 650 e 900°C). O dióxido de carbono é geralmente preferido devido à sua natureza pura, fácil manuseio e processo de ativação controlável em torno de 800°C. Alta uniformidade dos poros pode ser obtida com a ativação do dióxido de carbono em comparação com o vapor. No entanto, para a activação física, o vapor é muito preferido em comparação com o dióxido de carbono, uma vez que pode ser produzido AC com uma área superficial relativamente elevada. Devido ao menor tamanho da molécula de água, sua difusão dentro da estrutura do carvão ocorre de forma eficiente. Descobriu-se que a ativação por vapor é cerca de duas a três vezes maior que a do dióxido de carbono com o mesmo grau de conversão.
No entanto, a abordagem química envolve a mistura do precursor com agentes ativadores (NaOH, KOH e FeCl3, etc.). Esses agentes ativadores atuam como oxidantes e também como agentes desidratantes. Nesta abordagem, a carbonização e a ativação são realizadas simultaneamente a uma temperatura comparativamente mais baixa, 300-500°C, em comparação com a abordagem física. Como resultado, efectua a decomposição pirolítica e, então, resulta na expansão de uma estrutura porosa melhorada e num elevado rendimento de carbono. Os principais benefícios da abordagem química em relação à física são o requisito de baixa temperatura, estruturas de alta microporosidade, grande área superficial e tempo minimizado de conclusão da reação.
A superioridade do método de ativação química pode ser explicada com base em um modelo proposto por Kim e seus colegas de trabalho [1], segundo o qual vários microdomínios esféricos responsáveis pela formação de microporos são encontrados no AC. Por outro lado, os mesoporos são desenvolvidos nas regiões intermicrodomínios. Experimentalmente, eles formaram carvão ativado a partir de resina à base de fenol por ativação química (usando KOH) e física (usando vapor) (Figura 1). Os resultados mostraram que o AC sintetizado por ativação de KOH possuía alta área superficial de 2.878 m2/g em comparação com 2.213 m2/g por ativação de vapor. Além disso, outros fatores como tamanho dos poros, área superficial, volume dos microporos e largura média dos poros foram considerados melhores em condições ativadas por KOH em comparação com as ativadas por vapor.
Diferenças entre AC Preparado a partir da ativação por vapor (C6S9) e ativação por KOH (C6K9), respectivamente, explicadas em termos de modelo de microestrutura.
Dependendo do tamanho da partícula e do método de preparação, ele pode ser categorizado em três tipos: CA alimentado, CA granular e CA de cordão. O AC alimentado é formado a partir de grânulos finos com tamanho de 1 mm e diâmetro médio de 0,15-0,25 mm. O AC granular tem tamanho comparativamente maior e menos área de superfície externa. AC granular são usados para várias aplicações em fase líquida e gasosa, dependendo de suas proporções de dimensão. Terceira classe: o cordão AC é geralmente sintetizado a partir de breu de petróleo com diâmetro variando de 0,35 a 0,8 mm. É conhecido por sua alta resistência mecânica e baixo teor de poeira. É amplamente utilizado em aplicações de leito fluidizado, como filtração de água, devido à sua estrutura esférica.
Horário da postagem: 18 de junho de 2022