Activación química
El método de activación química consiste en preparar carbón activado mezclando uniformemente diversas materias primas que contienen carbono con productos químicos y sometiéndolas a procesos como carbonización, activación, reciclaje de productos químicos, enjuague y secado a una temperatura determinada. Se pueden utilizar como reactivos activadores ácido fosfórico, cloruro de zinc, hidróxido de potasio, hidróxido de sodio, ácido sulfúrico, carbonato de potasio, ácido polifosfórico y ésteres de fosfato, etc. Aunque las reacciones químicas que se producen son diferentes, algunas tienen efectos de corrosión, hidrólisis o deshidratación en las materias primas. Algunas tienen un efecto oxidante, pero todas estas sustancias químicas pueden tener un cierto efecto promotor de la activación de las materias primas. Entre ellos, los activadores más utilizados son el ácido fosfórico, el cloruro de zinc y el hidróxido de potasio. El principio de activación del método de activación química no está muy claro. Generalmente se cree que el activador químico corroe y disuelve la celulosa, y puede descomponer y separar el hidrógeno y el oxígeno presentes en los hidrocarburos de la materia prima, en forma de pequeñas moléculas como H₂O, CH₂, etc., que se escapan, creando numerosos poros. Además, el activador químico puede inhibir la formación de subproductos de alquitrán y evitar que este obstruya los poros generados durante el proceso de pirólisis, aumentando así el rendimiento del carbón activado.
Método de activación física
El método físico, generalmente denominado método de activación por gas, consiste en combinar las materias primas carbonizadas con vapor de agua, gases de combustión (gases mixtos de vapor de agua, CO₂, N₂, etc.), CO o aire a una temperatura de 800 a 1000 °C. El proceso de contacto da lugar a la reacción de activación. El proceso básico del método de activación física incluye principalmente carbonización, activación, eliminación de impurezas, trituración (molino de bolas), refinación y otros procesos. El proceso de preparación es limpio y presenta poca contaminación de la fase líquida.
Durante el proceso de preparación, los átomos de carbono y heteroátomos desordenados del gas activado oxidante de alta temperatura reaccionan primero para abrir los poros originalmente cerrados, exponiendo la superficie de los cristalitos básicos. Posteriormente, el gas activado continúa con los átomos de carbono en la superficie de los cristalitos básicos. Se produce una reacción de oxidación que provoca la expansión continua de los poros. Parte del carbono inestable se gasifica para generar CO, CO₂, H₂ y otros gases compuestos de carbono, creando así nuevos poros. Al mismo tiempo, se eliminan el alquitrán y los materiales no carbonizados, obteniendo finalmente productos de carbón activado. La superficie específica desarrollada del carbón activado se debe al aumento del volumen de poros de los mesoporos y macroporos, y la formación de macroporos, mesoporos y microporos está interconectada. Debido a la relativa simplicidad del proceso físico, los gases de escape producidos son principalmente CO₂ y vapor de agua, que presentan una baja contaminación ambiental. El producto final de carbón activado presenta una alta superficie específica, una estructura porosa desarrollada y una amplia gama de aplicaciones. Por lo tanto, en la producción mundial de carbón activado, más del 70% de los fabricantes utilizan métodos físicos para producirlo. Durante el proceso de activación del carbón se genera una gran cantidad de calor residual, que permite cubrir la energía térmica necesaria para el secado de la materia prima, la producción de vapor a alta temperatura mediante calderas de calor residual, el lavado y secado del producto, etc.
Método de activación físico-química
El método de activación físico-química, como su nombre indica, combina la activación física y la activación química. Es decir, el carbón se trata primero con un método químico y luego se activa con un método físico (vapor o CO₂). Investigadores extranjeros han preparado carbón superactivado con una superficie específica de hasta 3700 m²/g mediante el método de activación combinado de H₃PO₃ y CO₂. Los pasos específicos consisten en remojar la materia prima de madera con H₃PO₃ a 85 °C, carbonizarla a 450 °C durante 4 horas y, finalmente, activarla con CO₂. Se combinan los métodos físico y químico, y el gas residual de carbonización del método físico se utiliza para suministrar calor para la producción química, evitando así el consumo de carbón durante el proceso de producción y obteniendo simultáneamente carbón activado físico y químico.
