Le charbon actif (AC) fait référence aux matériaux hautement carbonés ayant une porosité et une capacité de sorption élevées produits à partir du bois, des coques de noix de coco, du charbon et des cônes, etc. Le AC est l'un des adsorbants fréquemment utilisés dans diverses industries pour l'élimination de nombreux polluants. des plans d’eau et d’air.Depuis, le CA synthétisé à partir de produits agricoles et de déchets s’est avéré être une excellente alternative aux sources non renouvelables et coûteuses traditionnellement utilisées.Pour la préparation de l'AC, deux processus de base, la carbonisation et l'activation, sont utilisés.Dans le premier processus, les précurseurs sont soumis à des températures élevées, entre 400 et 850°C, pour expulser tous les composants volatils.Une température élevée élimine tous les composants non carbonés du précurseur tels que l’hydrogène, l’oxygène et l’azote sous forme de gaz et de goudrons.Ce processus produit du charbon ayant une teneur élevée en carbone mais une faible superficie et une faible porosité.Cependant, la deuxième étape implique l’activation de chars préalablement synthétisés.L'amélioration de la taille des pores au cours du processus d'activation peut être classée en trois catégories : l'ouverture de pores auparavant inaccessibles, le développement de nouveaux pores par activation sélective et l'élargissement des pores existants.
Habituellement, deux approches, physique et chimique, sont utilisées pour l'activation afin d'obtenir la surface et la porosité souhaitées.L'activation physique implique l'activation de charbon carbonisé à l'aide de gaz oxydants tels que l'air, le dioxyde de carbone et la vapeur à haute température (entre 650 et 900°C).Le dioxyde de carbone est généralement préféré en raison de sa nature pure, de sa manipulation facile et de son processus d'activation contrôlable autour de 800°C.Une uniformité élevée des pores peut être obtenue avec l'activation du dioxyde de carbone par rapport à la vapeur.Cependant, pour l'activation physique, la vapeur est de loin préférable au dioxyde de carbone, car un courant alternatif ayant une surface spécifique relativement élevée peut être produit.En raison de la plus petite taille des molécules d'eau, sa diffusion au sein de la structure du charbon se produit efficacement.L'activation par la vapeur s'est avérée environ deux à trois fois supérieure à celle du dioxyde de carbone avec le même degré de conversion.
Cependant, l’approche chimique implique le mélange du précurseur avec des agents activateurs (NaOH, KOH et FeCl3, etc.).Ces agents activateurs agissent à la fois comme oxydants et comme agents déshydratants.Dans cette approche, la carbonisation et l'activation sont effectuées simultanément à une température comparativement plus basse, de 300 à 500 °C, par rapport à l'approche physique.En conséquence, il effectue la décomposition pyrolytique et entraîne ensuite une expansion d’une structure poreuse améliorée et un rendement élevé en carbone.Les principaux avantages de l’approche chimique par rapport à l’approche physique sont l’exigence de basse température, les structures à microporosité élevée, la grande surface et le temps d’achèvement de la réaction minimisé.
La supériorité de la méthode d'activation chimique peut être expliquée sur la base d'un modèle proposé par Kim et ses collègues [1] selon lequel divers microdomaines sphériques responsables de la formation de micropores se trouvent dans l'AC.En revanche, les mésopores se développent dans les régions intermicrodomaines.Expérimentalement, ils ont formé du charbon actif à partir d’une résine à base de phénol par activation chimique (en utilisant du KOH) et physique (en utilisant de la vapeur) (Figure 1).Les résultats ont montré que l'AC synthétisé par activation de KOH possédait une surface spécifique élevée de 2 878 m2/g, contre 2 213 m2/g par activation à la vapeur.De plus, d’autres facteurs tels que la taille des pores, la surface spécifique, le volume des micropores et la largeur moyenne des pores se sont tous révélés meilleurs dans des conditions activées par KOH que dans des conditions activées par la vapeur.
Les différences entre l'AC préparé à partir de l'activation à la vapeur (C6S9) et l'activation du KOH (C6K9), respectivement, sont expliquées en termes de modèle de microstructure.
En fonction de la taille des particules et de la méthode de préparation, il peut être classé en trois types : AC alimenté, AC granulaire et AC en billes.Le courant alternatif alimenté est formé de granulés fins d’une taille de 1 mm avec une plage de diamètre moyen de 0,15 à 0,25 mm.L'AC granulaire a une taille comparativement plus grande et une surface externe moindre.Les AC granulaires sont utilisés pour diverses applications en phase liquide et en phase gazeuse en fonction de leurs rapports dimensionnels.Troisième classe : les billes AC sont généralement synthétisées à partir de brai de pétrole de diamètre allant de 0,35 à 0,8 mm.Il est connu pour sa haute résistance mécanique et sa faible teneur en poussières.Il est largement utilisé dans les applications à lit fluidisé telles que la filtration de l'eau en raison de sa structure sphérique.
Heure de publication : 18 juin 2022