23. Węgle aktywne jako sorbenty (cechy strukturalne, właściwości powierzchni, tekstura, otrzymywanie).

Węgiel aktywny jest otrzymywany w procesie karbonizacji i aktywacji materiałów węglowych głównie pochodzenia roślinnego(tj. węgiel kamienny). Produktem procesu karbonizacji, tj. pirolizy wyjściowego materiału, przeprowadzonej bez dostępu powietrza i bez udziału czynników chemicznych, jest praktycznie nieaktywny adsorpcyjnie materiał, o powierzchni małej powierzchni właściwej. Adsorbent o dużej porowatości oraz silnie rozwiniętej powierzchni właściwej jest otrzymywany z karbonizatu za sprawą procesu aktywacji. Aktywacja polega na poddaniu węgla reakcji z utleniaczem, po którym tlenki węgla dyfundują z powierzchni.

Podstawową jednostką strukturalną węgla aktywnego jest grafitopodobny mikrokrystalit. Uporządkowanie atomów węgla przybliżona jest do grafitu (równolegle warstwy skondensowanych regularnych sześciokątnych pierścieni). Każdy atom C związany jest z trzema sąsiednimi za pośrednictwem kowalencyjnego wiązania sigma, a czwarty zdelokalizowany elektron Pi może swobodnie przemieszczać się w układzie sprzężonych wiązań skondensowanych pierścieni aromatycznych.

Węgiel aktywny charakteryzuje się dużą powierzchnią właściwą (rzędu 500-2500m^2/g). Powierzchnia ta wynika z istnienia polidyspersyjnej struktury kapilarnej, którą tworzą pory o zróżnicowanym kształcie i wielkościach (głównie mikro i mezoporów).

Węgle aktywne stosowane są masowo przede wszystkim w procesach adsorpcyjnego oczyszczania powietrza i wody oraz odzyskiwania lotnych związków z gazów poreakcyjnych. W mniejszej skali są wykorzystywane jako katalizatory i nośniki katalizatorów.

24. Włókna węgla aktywnego ACFs.

Aktywowane włókna węglowe (ACF – Active Carbon Fibers) są otrzymanymi w wyniku karbonizacji i aktywacji włókien węglowych (naturalnych oraz sztucznych) lub pozostałości węglowych (np. paku naftowego) adsorbentami posiadającymi strukturę włóknistą. Materiały te odznaczają się wąską i jednolitą dystrybucją mikroporów oraz dużą powierzchnią właściwą (700-2500 m2/g) dzięki czemu stosowane są często w roli adsorbentów. Łatwość regeneracji adsorbentów ACF powowduje ich duży obszar potencjalnych zastosowań. Średnica pojedynczego ACF wynosząca około ~ 10µm wspomaga kinetykę prowadzenia procesów adsorpcji, dzięki zminimalizowaniu oporów dyfuzyjnych i oporów przepływu. Oprócz dobrych właściwości sorpcyjnych ACF odznaczają się także dobrym przewodnictwem elektrycznym dzięki dość dużej grafityzacji (większej niż w przypadku węgli aktywnych). ACF mogą być wykorzystane między innymi do usuwania lotnych związków organicznych, czy też mogą służyć jako materiał dla tkanin o dobrych właściwościach sorpcyjnych.