La formación de carbón activado tiene tres etapas cruciales.
En primer lugar, las materias primas para el carbón activado procedían de sustancias ricas en carbono, como carbón, madera, cáscaras de coco, etc. Estas materias primas deben someterse a un tratamiento previo para cumplir con las condiciones, por ejemplo, limpieza, trituración y cribado, para eliminar impurezas y controlar el tamaño. Por ejemplo, la madera se suele cortar en bloques, mientras que el carbón se tritura en partículas de tamaño similar. La selección de materias primas apropiadas es crucial para el carbón activado porque los diferentes materiales afectan profundamente la distribución de los poros del carbón activado. El carbón de coco activado no solo tiene partículas uniformes, sino que también tiene un buen rendimiento de adsorción.
La segunda etapa es el proceso de carbonización, que es la etapa de formación inicial del carbón activado. Las materias primas se calientan en un ambiente deficiente-de oxígeno a un rango de temperatura de 400 grados a 1000 grados, para eliminar la humedad y otros elementos. Este paso hace que la materia orgánica se descomponga y poco a poco se transforme en sustancias carbonizadas compuestas principalmente de carbono.
Al controlar la velocidad de calentamiento y el tiempo de mantenimiento, los operadores pueden evitar el colapso estructural hasta cierto punto y garantizar la estabilidad de las sustancias carbonizadas. Después de la carbonización, las materias primas pierden la mayor parte de sus tejidos orgánicos y poco a poco forman un esqueleto de carbono preliminar. Tomemos como ejemplo el carbón de coco activado. La estructura de carbón de la cáscara de coco ha eliminado las impurezas y la humedad. Dado que el carbón activado aún no se ha formado completamente, el área superficial específica en esta etapa es relativamente baja y la capacidad de adsorción es limitada. Se requiere una mayor activación para activar su desempeño estructural.
La tercera etapa, la activación, es un proceso clave en la formación de carbón activado y se divide principalmente en activación física y activación química. Los dos métodos tienen diferentes características en el proceso. La activación física utiliza gases de alta-temperatura, como el vapor, como agente activador y reacciona para expandir la estructura de los poros. Por lo tanto, este método se puede utilizar principalmente en fábricas. Por el contrario, la activación química es más eficiente; comúnmente se usan reactivos como hidróxido de potasio para tratar las materias primas. La activación química puede generar más microporos a temperaturas más bajas, lo que mejora significativamente la conductividad eléctrica y el rendimiento de adsorción. Por tanto, el método se utiliza habitualmente en laboratorio. Ambos métodos tienen sus ventajas: la activación física es más respetuosa con el medio ambiente pero lleva más tiempo; La activación química es más rápida y eficiente, pero requiere un manejo cuidadoso de los residuos químicos.
Finalmente, una vez completada la activación del carbón activado, también es necesario el post-tratamiento. Esto incluye el lavado con agua para eliminar los agentes activadores residuales, seguido del tratamiento en un horno de alta-temperatura a más de 800 grados para mejorar la dureza. Posteriormente, el carbón activado se seca y clasifica mediante tamizado según el tamaño de partícula para asegurar la consistencia del producto terminado. Un post-tratamiento estricto puede prevenir la contaminación y optimizar la estabilidad del carbón activado.
En conclusión, la formación de carbón activado es un proceso complejo. Mediante un control meticuloso de las etapas de carbonización, activación y post-tratamiento, los materiales orgánicos que contienen carbono- ordinario se pueden transformar en carbón activado adsorbente altamente eficiente. Esta tecnología no sólo promueve el desarrollo del campo de la protección ambiental sino que también brinda nuevas posibilidades para el almacenamiento de energía y la catálisis industrial. Con el progreso tecnológico, la producción de carbón activado está evolucionando hacia una dirección más sostenible.