செயல்படுத்தப்பட்ட கார்பனின் அறிமுகம்

செயல்படுத்தப்பட்ட கார்பன் (AC) என்பது மரம், தேங்காய் ஓடுகள், நிலக்கரி மற்றும் கூம்புகள் போன்றவற்றிலிருந்து உற்பத்தி செய்யப்படும் அதிக துளைத்தன்மை மற்றும் உறிஞ்சும் திறன் கொண்ட அதிக கார்பனேசிய பொருட்களைக் குறிக்கிறது. நீர் மற்றும் காற்று உடல்களில் இருந்து ஏராளமான மாசுபடுத்திகளை அகற்ற பல்வேறு தொழில்களில் பயன்படுத்தப்படும் அடிக்கடி பயன்படுத்தப்படும் உறிஞ்சிகளில் AC ஒன்றாகும். விவசாய மற்றும் கழிவுப் பொருட்களிலிருந்து ஒருங்கிணைக்கப்பட்ட AC என்பதால், பாரம்பரியமாகப் பயன்படுத்தப்படும் புதுப்பிக்க முடியாத மற்றும் விலையுயர்ந்த மூலங்களுக்கு இது ஒரு சிறந்த மாற்றாக நிரூபிக்கப்பட்டுள்ளது. AC தயாரிப்பதற்கு, கார்பனேற்றம் மற்றும் செயல்படுத்தல் ஆகிய இரண்டு அடிப்படை செயல்முறைகள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. முதல் செயல்பாட்டில், முன்னோடிகள் 400 முதல் 850°C வரை அதிக வெப்பநிலைக்கு உட்படுத்தப்பட்டு, அனைத்து ஆவியாகும் கூறுகளையும் வெளியேற்றுகின்றன. அதிக உயர்ந்த வெப்பநிலை ஹைட்ரஜன், ஆக்ஸிஜன் மற்றும் நைட்ரஜன் போன்ற முன்னோடிகளிலிருந்து அனைத்து கார்பன் அல்லாத கூறுகளையும் வாயுக்கள் மற்றும் டார் வடிவில் நீக்குகிறது. இந்த செயல்முறை அதிக கார்பன் உள்ளடக்கம் கொண்ட ஆனால் குறைந்த மேற்பரப்பு மற்றும் துளைத்தன்மை கொண்ட கரியை உருவாக்குகிறது. இருப்பினும், இரண்டாவது படியில் முன்னர் தொகுக்கப்பட்ட கரி செயல்படுத்தப்படுகிறது. செயல்படுத்தல் செயல்பாட்டின் போது துளை அளவு மேம்பாட்டை மூன்றாக வகைப்படுத்தலாம்: முன்னர் அணுக முடியாத துளைகளைத் திறப்பது, தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட செயல்படுத்தல் மூலம் புதிய துளைகளை உருவாக்குவது மற்றும் ஏற்கனவே உள்ள துளைகளை விரிவுபடுத்துதல்.
வழக்கமாக, விரும்பிய மேற்பரப்புப் பரப்பளவு மற்றும் போரோசிட்டியைப் பெற செயல்படுத்தலுக்கு இரண்டு அணுகுமுறைகள், இயற்பியல் மற்றும் வேதியியல் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. அதிக வெப்பநிலையில் (650 முதல் 900°C வரை) காற்று, கார்பன் டை ஆக்சைடு மற்றும் நீராவி போன்ற ஆக்ஸிஜனேற்ற வாயுக்களைப் பயன்படுத்தி கார்பனேற்றப்பட்ட கரியைச் செயல்படுத்துவதே இயற்பியல் செயல்படுத்தலில் அடங்கும். கார்பன் டை ஆக்சைடு பொதுவாக அதன் தூய தன்மை, எளிதான கையாளுதல் மற்றும் 800°C சுற்றி கட்டுப்படுத்தக்கூடிய செயல்படுத்தும் செயல்முறை காரணமாக விரும்பப்படுகிறது. நீராவியுடன் ஒப்பிடும்போது கார்பன் டை ஆக்சைடு செயல்படுத்தலுடன் அதிக துளை சீரான தன்மையைப் பெறலாம். இருப்பினும், இயற்பியல் செயல்படுத்தலுக்கு, ஒப்பீட்டளவில் அதிக மேற்பரப்புப் பரப்பளவு கொண்ட AC உற்பத்தி செய்யப்படலாம் என்பதால், கார்பன் டை ஆக்சைடை விட நீராவி மிகவும் விரும்பப்படுகிறது. நீரின் சிறிய மூலக்கூறு அளவு காரணமாக, கரி கட்டமைப்பிற்குள் அதன் பரவல் திறமையாக நிகழ்கிறது. நீராவி மூலம் செயல்படுத்துவது அதே அளவிலான மாற்றத்துடன் கார்பன் டை ஆக்சைடை விட இரண்டு முதல் மூன்று மடங்கு அதிகமாக இருப்பது கண்டறியப்பட்டுள்ளது.
இருப்பினும், வேதியியல் அணுகுமுறை முன்னோடியை செயல்படுத்தும் முகவர்களுடன் (NaOH, KOH, மற்றும் FeCl3, முதலியன) கலப்பதை உள்ளடக்கியது. இந்த செயல்படுத்தும் முகவர்கள் ஆக்ஸிஜனேற்றிகளாகவும் நீரிழப்பு முகவர்களாகவும் செயல்படுகின்றன. இந்த அணுகுமுறையில், கார்பனேற்றம் மற்றும் செயல்படுத்தல் ஒரே நேரத்தில் இயற்பியல் அணுகுமுறையுடன் ஒப்பிடும்போது ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த வெப்பநிலை 300-500°C இல் மேற்கொள்ளப்படுகிறது. இதன் விளைவாக, இது பைரோலிடிக் சிதைவை பாதிக்கிறது, பின்னர், மேம்பட்ட நுண்துளை அமைப்பு விரிவாக்கம் மற்றும் அதிக கார்பன் மகசூலுக்கு வழிவகுக்கிறது. இயற்பியல் அணுகுமுறையை விட வேதியியல் அணுகுமுறையின் முக்கிய நன்மைகள் குறைந்த வெப்பநிலை தேவை, அதிக நுண்துளை கட்டமைப்புகள், பெரிய மேற்பரப்பு மற்றும் குறைக்கப்பட்ட எதிர்வினை நிறைவு நேரம்.
வேதியியல் செயல்படுத்தும் முறையின் மேன்மையை கிம் மற்றும் அவரது சக ஊழியர்களால் முன்மொழியப்பட்ட ஒரு மாதிரியின் அடிப்படையில் விளக்கலாம் [1], அதன்படி மைக்ரோபோர்கள் உருவாவதற்கு காரணமான பல்வேறு கோள நுண் டொமைன்கள் AC இல் காணப்படுகின்றன. மறுபுறம், மீசோபோர்கள் இடை-மைக்ரோடோமைன் பகுதிகளில் உருவாக்கப்படுகின்றன. சோதனை ரீதியாக, அவை வேதியியல் (KOH ஐப் பயன்படுத்தி) மற்றும் இயற்பியல் (நீராவியைப் பயன்படுத்தி) செயல்படுத்தல் மூலம் பீனால் அடிப்படையிலான பிசினிலிருந்து செயல்படுத்தப்பட்ட கார்பனை உருவாக்கின (படம் 1). KOH செயல்படுத்தல் மூலம் தொகுக்கப்பட்ட AC, நீராவி செயல்படுத்தல் மூலம் 2213 m2/g உடன் ஒப்பிடும்போது 2878 m2/g அதிக மேற்பரப்புப் பகுதியைக் கொண்டிருப்பதை முடிவுகள் காட்டின. கூடுதலாக, துளை அளவு, மேற்பரப்பு பரப்பளவு, மைக்ரோபோர் அளவு மற்றும் சராசரி துளை அகலம் போன்ற பிற காரணிகள் அனைத்தும் நீராவி செயல்படுத்தப்பட்டதை விட KOH-செயல்படுத்தப்பட்ட நிலைகளில் சிறப்பாக இருப்பதாகக் கண்டறியப்பட்டது.

நீராவி செயல்படுத்தல் (C6S9) மற்றும் KOH செயல்படுத்தல் (C6K9) ஆகியவற்றிலிருந்து தயாரிக்கப்பட்ட AC க்கு இடையிலான வேறுபாடுகள் முறையே, நுண் கட்டமைப்பு மாதிரியின் அடிப்படையில் விளக்கப்பட்டுள்ளன.

துகள் அளவு மற்றும் தயாரிக்கும் முறையைப் பொறுத்து, இதை மூன்று வகைகளாக வகைப்படுத்தலாம்: பவர்டு ஏசி, கிரானுலர் ஏசி மற்றும் பீட் ஏசி. பவர்டு ஏசி என்பது 1 மிமீ அளவுள்ள நுண்ணிய துகள்களிலிருந்தும், சராசரி விட்டம் 0.15-0.25 மிமீ வரம்பிலும் உருவாகிறது. கிரானுலர் ஏசி ஒப்பீட்டளவில் பெரிய அளவு மற்றும் குறைந்த வெளிப்புற மேற்பரப்பு பரப்பளவைக் கொண்டுள்ளது. கிரானுலர் ஏசி பல்வேறு திரவ கட்ட மற்றும் வாயு கட்ட பயன்பாடுகளுக்கு அவற்றின் பரிமாண விகிதங்களைப் பொறுத்து பயன்படுத்தப்படுகிறது. மூன்றாம் வகுப்பு: பீட் ஏசி பொதுவாக 0.35 முதல் 0.8 மிமீ வரை விட்டம் கொண்ட பெட்ரோலிய சுருதியிலிருந்து ஒருங்கிணைக்கப்படுகிறது. இது அதன் அதிக இயந்திர வலிமை மற்றும் குறைந்த தூசி உள்ளடக்கத்திற்கு பெயர் பெற்றது. அதன் கோள அமைப்பு காரணமாக நீர் வடிகட்டுதல் போன்ற திரவப்படுத்தப்பட்ட படுக்கை பயன்பாடுகளில் இது பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.