সক্রিয় কার্বনের প্রবর্তন

সক্রিয় কার্বন (AC) বলতে কাঠ, নারকেলের খোসা, কয়লা এবং শঙ্কু ইত্যাদি থেকে উৎপাদিত উচ্চ ছিদ্র এবং শোষণ ক্ষমতা সম্পন্ন উচ্চ কার্বনযুক্ত পদার্থকে বোঝায়। জল এবং বায়ু থেকে অসংখ্য দূষণকারী পদার্থ অপসারণের জন্য বিভিন্ন শিল্পে ব্যবহৃত ঘন ঘন ব্যবহৃত শোষণকারী পদার্থগুলির মধ্যে একটি হল AC। যেহেতু কৃষি এবং বর্জ্য পণ্য থেকে সংশ্লেষিত AC ঐতিহ্যগতভাবে ব্যবহৃত অ-নবায়নযোগ্য এবং ব্যয়বহুল উৎসের একটি দুর্দান্ত বিকল্প হিসাবে প্রমাণিত হয়েছে। AC তৈরির জন্য, দুটি মৌলিক প্রক্রিয়া, কার্বনাইজেশন এবং সক্রিয়করণ ব্যবহার করা হয়। প্রথম প্রক্রিয়ায়, সমস্ত উদ্বায়ী উপাদানগুলিকে বের করে দেওয়ার জন্য পূর্বসূরীদের 400 থেকে 850°C এর মধ্যে উচ্চ তাপমাত্রার শিকার হতে হয়। উচ্চ উচ্চ তাপমাত্রা পূর্বসূরীদের থেকে সমস্ত অ-কার্বন উপাদান যেমন হাইড্রোজেন, অক্সিজেন এবং নাইট্রোজেনকে গ্যাস এবং টার আকারে অপসারণ করে। এই প্রক্রিয়ায় উচ্চ-কার্বন উপাদানযুক্ত চর তৈরি হয় কিন্তু পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল এবং ছিদ্র কম থাকে। তবে, দ্বিতীয় ধাপে পূর্বে সংশ্লেষিত চর সক্রিয় করা জড়িত। সক্রিয়করণ প্রক্রিয়ার সময় ছিদ্রের আকার বৃদ্ধিকে তিনটি ভাগে ভাগ করা যেতে পারে: পূর্বে অ্যাক্সেসযোগ্য ছিদ্র খোলা, নির্বাচনী সক্রিয়করণের মাধ্যমে নতুন ছিদ্র বিকাশ এবং বিদ্যমান ছিদ্রগুলির প্রশস্তকরণ।
সাধারণত, কাঙ্ক্ষিত পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল এবং ছিদ্রতা অর্জনের জন্য সক্রিয়করণের জন্য দুটি পদ্ধতি ব্যবহার করা হয়, ভৌত এবং রাসায়নিক। ভৌত সক্রিয়করণের মধ্যে উচ্চ তাপমাত্রায় (650 থেকে 900 ডিগ্রি সেলসিয়াসের মধ্যে) বায়ু, কার্বন ডাই অক্সাইড এবং বাষ্পের মতো জারণকারী গ্যাস ব্যবহার করে কার্বনাইজড চর সক্রিয়করণ অন্তর্ভুক্ত থাকে। কার্বন ডাই অক্সাইড সাধারণত 800 ডিগ্রি সেলসিয়াসের কাছাকাছি এর বিশুদ্ধ প্রকৃতি, সহজ পরিচালনা এবং নিয়ন্ত্রণযোগ্য সক্রিয়করণ প্রক্রিয়ার কারণে পছন্দ করা হয়। বাষ্পের তুলনায় কার্বন ডাই অক্সাইড সক্রিয়করণের মাধ্যমে উচ্চ ছিদ্র অভিন্নতা পাওয়া যায়। তবে, ভৌত সক্রিয়করণের জন্য, কার্বন ডাই অক্সাইডের তুলনায় বাষ্প অনেক বেশি পছন্দনীয় কারণ তুলনামূলকভাবে উচ্চ পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল সহ AC তৈরি করা যেতে পারে। জলের অণুর আকার ছোট হওয়ার কারণে, চর গঠনের মধ্যে এর বিস্তার দক্ষতার সাথে ঘটে। বাষ্প দ্বারা সক্রিয়করণ একই ডিগ্রি রূপান্তর সহ কার্বন ডাই অক্সাইডের তুলনায় প্রায় দুই থেকে তিন গুণ বেশি পাওয়া গেছে।
তবে, রাসায়নিক পদ্ধতিতে সক্রিয়কারী এজেন্ট (NaOH, KOH, এবং FeCl3, ইত্যাদি) এর সাথে পূর্বসূরীর মিশ্রণ জড়িত। এই সক্রিয়কারী এজেন্টগুলি অক্সিডেন্টের পাশাপাশি ডিহাইড্রেটিং এজেন্ট হিসাবেও কাজ করে। এই পদ্ধতিতে, কার্বনাইজেশন এবং সক্রিয়করণ ভৌত পদ্ধতির তুলনায় তুলনামূলকভাবে কম তাপমাত্রায় 300-500°C এ একই সাথে করা হয়। ফলস্বরূপ, এটি পাইরোলাইটিক পচনকে প্রভাবিত করে এবং তারপরে, উন্নত ছিদ্রযুক্ত কাঠামোর প্রসারণ এবং উচ্চ কার্বন ফলনের দিকে পরিচালিত করে। ভৌত পদ্ধতির তুলনায় রাসায়নিকের প্রধান সুবিধা হল নিম্ন তাপমাত্রার প্রয়োজনীয়তা, উচ্চ মাইক্রোপোরোসিটি কাঠামো, বৃহৎ পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল এবং ন্যূনতম প্রতিক্রিয়া সমাপ্তির সময়।
রাসায়নিক সক্রিয়করণ পদ্ধতির শ্রেষ্ঠত্ব কিম এবং তার সহকর্মীদের দ্বারা প্রস্তাবিত একটি মডেলের ভিত্তিতে ব্যাখ্যা করা যেতে পারে [1] যার মতে, AC-তে মাইক্রোপোর গঠনের জন্য দায়ী বিভিন্ন গোলাকার মাইক্রোডোমেন পাওয়া যায়। অন্যদিকে, ইন্টারমাইক্রোডোমেন অঞ্চলে মেসোপোর তৈরি হয়। পরীক্ষামূলকভাবে, তারা রাসায়নিক (KOH ব্যবহার করে) এবং ভৌত (বাষ্প ব্যবহার করে) সক্রিয়করণের মাধ্যমে ফেনল-ভিত্তিক রজন থেকে সক্রিয় কার্বন তৈরি করে (চিত্র 1)। ফলাফলে দেখা গেছে যে KOH সক্রিয়করণ দ্বারা সংশ্লেষিত AC-এর উচ্চ পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল 2878 m2/g ছিল, যেখানে বাষ্প সক্রিয়করণ দ্বারা 2213 m2/g ছিল। এছাড়াও, ছিদ্রের আকার, পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল, মাইক্রোপোরের আয়তন এবং গড় ছিদ্র প্রস্থের মতো অন্যান্য কারণগুলি KOH-সক্রিয় অবস্থায় বাষ্প সক্রিয়করণের তুলনায় ভাল বলে প্রমাণিত হয়েছে।

মাইক্রোস্ট্রাকচার মডেলের পরিপ্রেক্ষিতে যথাক্রমে স্টিম অ্যাক্টিভেশন (C6S9) এবং KOH অ্যাক্টিভেশন (C6K9) থেকে প্রস্তুতকৃত AC এর মধ্যে পার্থক্য ব্যাখ্যা করা হয়েছে।

কণার আকার এবং প্রস্তুতির পদ্ধতির উপর নির্ভর করে, এটি তিন ধরণের মধ্যে শ্রেণীবদ্ধ করা যেতে পারে: চালিত এসি, দানাদার এসি এবং পুঁতি এসি। চালিত এসি ১ মিমি আকারের সূক্ষ্ম দানা দিয়ে তৈরি এবং গড় ব্যাস ০.১৫-০.২৫ মিমি। দানাদার এসির আকার তুলনামূলকভাবে বড় এবং বাহ্যিক পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল কম। দানাদার এসি তাদের মাত্রা অনুপাতের উপর নির্ভর করে বিভিন্ন তরল ফেজ এবং গ্যাসীয় ফেজ প্রয়োগের জন্য ব্যবহৃত হয়। তৃতীয় শ্রেণী: পুঁতি এসি সাধারণত ০.৩৫ থেকে ০.৮ মিমি ব্যাসের পেট্রোলিয়াম পিচ থেকে সংশ্লেষিত হয়। এটি তার উচ্চ যান্ত্রিক শক্তি এবং কম ধুলোর পরিমাণের জন্য পরিচিত। এর গোলাকার গঠনের কারণে এটি তরলীকৃত বিছানা প্রয়োগে যেমন জল পরিস্রাবণে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।