Węgiel popirolityczny jako absorbent 2019.10.23
Karbonizacja węgla popirolitycznego. Węgiel popirolityczny jest materiałem mało porowatym o praktycznie niemierzalnej powierzchni. W wyniku karbonizacji (500-650oC, w czasie 1h) zachodzi rozkład termiczny masy węglowej pirolizatu z utworzeniem nowych i modyfikacją już istniejących porów. Uzyskuje się materiał o dość dobrze rozwiniętej strukturze mezo- i makroporów, o stosunkowo dużej objętości porów, ale małej powierzchni właściwej, rzędu 52-76m2/g.
Porównanie struktury porowatej wytworzonych karbonizatów i produktów aktywacji


Aktywacja węgla popirolitycznego. W porównaniu z karbonizatami aktywaty mają wyraźnie mniejszy średni rozmiar porów (6,7-14nm). O ile ponad 90% powierzchni całkowitej aktywatów, podobnie jak w przypadku karbonizatów, tworzą mikro- i mezopory o szerokości zbliżonej do rozmiaru dominującego porów wyliczanego metodą BJH, tj. od 1,4 do 3,5nm, to 50 - 70% objętości tworzą mezopory i makropory o średnicy większej niż 30nm. Duża objętość porów przy znaczącym udziale porów o dużych rozmiarach wskazuje, że z punktu widzenia zastosowania praktycznego są to materiały potencjalnie nadające się do usuwania dużych cząsteczek z roztworów wodnych. Najsilniej rozwiniętą powierzchnię, ponad 600m2/g wg metody BET, wykazuje próbka aktywowana w temperaturze 850oC przez dwie godziny. Wynika stąd wniosek o istotnym wpływie zarówno temperatury jak i czasu aktywacji na strukturę porowatą otrzymywanych produktów aktywacji. Sorbenty otrzymane w niższej temperaturze (800oC, 2 h) i wyższej (900oC, 2 h) charakteryzowały się wyraźnie mniejszą powierzchnią właściwą niż otrzymane w temperaturze 850oC przez dwie godziny. Oznacza to, że z punktu widzenia rozwinięcia powierzchni te warunki aktywacji parą wodną (850oC, dwie godziny) można uznać za optymalne dla karbonizatów z pirolizy opon. Z przedstawionych danych wynika także, iż temperatura karbonizacji 550oC jest korzystniejsza niż wyższa temperatura karbonizacji, tj. 650oC. Produkty aktywacji wytworzone z karbonizatów otrzymywanych w temperaturze 650oC charakteryzują się znacznie mniejszą powierzchnią właściwą (130-250m2/g) i mniejszą objętością porów (max. 0,62cm3/g).

Skuteczność usuwania błękitu metylenowego, czerwieni Kongo, p-chlorofenolu i benzenu z roztworów wodnych przez pirolizat opon, produkty jego karbonizacji i aktywacji oraz dla porównania przez handlowe węgle aktywne
Właściwości sorpcyjne. Zbadano skuteczność oczyszczania stężonych roztworów (500mg/l) czerwieni Kongo, błękitu metylenowego, benzenu i p-chlorofenolu przez pirolizat, badane karbonizaty oraz produkty aktywacji karbonizatów i pirolizatu z opon. Skuteczność oczyszczania roztworów wodnych wszystkich badanych zanieczyszczeń przez produkty aktywacji rosła ze wzrostem temperatury i czasu aktywacji. Nie widać wpływu temperatury karbonizacji (550 lub 650oC) na efektywność adsorpcyjną wytworzonych produktów aktywacji. Handlowe materiały sorpcyjne usuwają całkowicie wszystkie badane związki organiczne tj. czerwień Kongo, p-chlorofenol, błękit metylenowy i benzen. Porównywalny stopień adsorpcji jak na węglach handlowych można uzyskać na produktach aktywacji otrzymanych w temperaturze 850oC tylko w procesie usuwania benzenu, a na produkcie aktywacji otrzymanym w temperaturze 900oC w przypadku benzenu, czerwieni Kongo i błękitu metylenowego.

Wnioski. Karbonizaty wykazują dobrą skuteczność oczyszczania roztworu benzenu. Pirolizat i karbonizaty bardzo dobrze usuwają z roztworu czerwień Kongo. W procesie aktywacji karbonizatów z opon otrzymuje się znacznie lepsze sorbenty o strukturze szerszych mikro- i mezoporów, które wykazują dużą skuteczność oczyszczania stężonych roztworów (500mg/l) benzenu, błękitu metylenowego i czerwieni Kongo, w mniejszym stopniu p-chlorofenolu. Produkty aktywacji otrzymane w temperaturach 850 i 900oC wykazują podobną skuteczność oczyszczania roztworu benzenu, a aktywat otrzymany w temperaturze 900oC również roztworów zawierających czerwień Kongo i błękit metylenowy jak handlowe węgle aktywne Norit i chiński. Tylko skuteczność oczyszczania roztworów p-chlorofenolu przez handlowe węgle aktywne jest większa niż przez węgle aktywne otrzymane z karbonizatów z opon.
IIMPiB Toruń, Oddział Elastomerów i Technologii Gumy w Piastowie