Karbon teraktif (AC) merujuk kepada bahan berkarbon tinggi yang mempunyai keliangan dan keupayaan penyerapan yang tinggi yang dihasilkan daripada kayu, tempurung kelapa, arang batu, dan kon, dan sebagainya. AC merupakan salah satu penjerap yang kerap digunakan dalam pelbagai industri untuk menyingkirkan pelbagai bahan pencemar daripada badan air dan udara. Memandangkan AC disintesis daripada produk pertanian dan sisa, ia telah terbukti menjadi alternatif yang hebat kepada sumber yang tidak boleh diperbaharui dan mahal yang digunakan secara tradisional. Untuk penyediaan AC, dua proses asas, iaitu pengkarbonan dan pengaktifan, digunakan. Dalam proses pertama, prekursor tertakluk kepada suhu tinggi, antara 400 dan 850°C, untuk mengeluarkan semua komponen meruap. Suhu tinggi yang tinggi menyingkirkan semua komponen bukan karbon daripada prekursor seperti hidrogen, oksigen, dan nitrogen dalam bentuk gas dan tar. Proses ini menghasilkan arang yang mempunyai kandungan karbon tinggi tetapi luas permukaan dan keliangan yang rendah. Walau bagaimanapun, langkah kedua melibatkan pengaktifan arang yang disintesis sebelum ini. Peningkatan saiz liang semasa proses pengaktifan boleh dikategorikan kepada tiga: pembukaan liang yang sebelum ini tidak boleh diakses, perkembangan liang baharu melalui pengaktifan terpilih, dan pelebaran liang sedia ada.
Biasanya, dua pendekatan, fizikal dan kimia, digunakan untuk pengaktifan bagi mendapatkan luas permukaan dan keliangan yang diingini. Pengaktifan fizikal melibatkan pengaktifan arang berkarbon menggunakan gas pengoksidaan seperti udara, karbon dioksida dan wap pada suhu tinggi (antara 650 dan 900°C). Karbon dioksida biasanya diutamakan kerana sifatnya yang tulen, pengendalian yang mudah dan proses pengaktifan yang boleh dikawal sekitar 800°C. Keseragaman liang yang tinggi boleh diperolehi dengan pengaktifan karbon dioksida berbanding wap. Walau bagaimanapun, untuk pengaktifan fizikal, wap lebih diutamakan berbanding karbon dioksida kerana AC dengan luas permukaan yang agak tinggi boleh dihasilkan. Disebabkan saiz molekul air yang lebih kecil, resapannya dalam struktur arang berlaku dengan cekap. Pengaktifan oleh wap didapati sekitar dua hingga tiga kali lebih tinggi daripada karbon dioksida dengan tahap penukaran yang sama.
Walau bagaimanapun, pendekatan kimia melibatkan pencampuran prekursor dengan agen pengaktif (NaOH, KOH, dan FeCl3, dll.). Agen pengaktif ini bertindak sebagai pengoksida serta agen penyahhidratan. Dalam pendekatan ini, pengkarbonan dan pengaktifan dijalankan serentak pada suhu 300-500°C yang agak rendah berbanding pendekatan fizikal. Akibatnya, ia mempengaruhi penguraian pirolisis dan, kemudian, menghasilkan pengembangan struktur berliang yang lebih baik dan hasil karbon yang tinggi. Manfaat utama pendekatan kimia berbanding fizikal ialah keperluan suhu rendah, struktur mikroporositi yang tinggi, luas permukaan yang besar, dan masa penyiapan tindak balas yang diminimumkan.
Kelebihan kaedah pengaktifan kimia boleh dijelaskan berdasarkan model yang dicadangkan oleh Kim dan rakan sekerjanya [1] yang menyatakan bahawa pelbagai mikrodomain sfera yang bertanggungjawab untuk pembentukan mikropori ditemui dalam AC. Sebaliknya, mesoporus dibangunkan di kawasan antara mikrodomain. Secara eksperimen, ia membentuk karbon teraktif daripada resin berasaskan fenol melalui pengaktifan kimia (menggunakan KOH) dan fizikal (menggunakan stim) (Rajah 1). Keputusan menunjukkan bahawa AC yang disintesis melalui pengaktifan KOH mempunyai luas permukaan yang tinggi iaitu 2878 m2/g berbanding 2213 m2/g melalui pengaktifan stim. Di samping itu, faktor lain seperti saiz liang, luas permukaan, isipadu mikropori dan lebar liang purata didapati lebih baik dalam keadaan yang diaktifkan KOH berbanding dengan yang diaktifkan stim.
Perbezaan antara AC yang disediakan daripada pengaktifan stim (C6S9) dan pengaktifan KOH (C6K9) masing-masing dijelaskan dari segi model mikrostruktur.
Bergantung pada saiz zarah dan kaedah penyediaan, ia boleh dikategorikan kepada tiga jenis: AC berkuasa, AC berbutir, dan AC manik. AC berkuasa dibentuk daripada granul halus yang mempunyai saiz 1 mm dengan julat diameter purata 0.15-0.25 mm. AC berbutir mempunyai saiz yang agak lebih besar dan luas permukaan luaran yang lebih kecil. AC berbutir digunakan untuk pelbagai aplikasi fasa cecair dan fasa gas bergantung pada nisbah dimensinya. AC kelas ketiga: manik biasanya disintesis daripada pic petroleum dengan diameter antara 0.35 hingga 0.8 mm. Ia dikenali dengan kekuatan mekanikalnya yang tinggi dan kandungan habuk yang rendah. Ia digunakan secara meluas dalam aplikasi katil bendalir seperti penapisan air kerana struktur sferanya.
Masa siaran: 18 Jun 2022