활성탄은 특별한 공정을 거치기 때문에 다른 형태의 탄소와 다릅니다. 이 과정을 거치면 다른 물질을 잘 붙잡고 붙잡는 능력이 매우 뛰어납니다. 활성탄은 수많은 작은 구멍과 매우 넓은 내부 표면적을 생성하여 이를 수행합니다.
탄소를 활성화하는 4가지 주요 과정
1. 탄화 과정
건조 단계
먼저 재료를 100°C 이상으로 가열합니다. 이렇게 하면 내부의 수분을 제거하는 데 도움이 됩니다. 이 단계는 다음 단계를 위해 재료를 준비합니다.
열분해 단계
다음으로, 재료를 260-300°C로 가열합니다. 이렇게 하면 셀룰로오스와 리그닌과 같은 유기 성분이 분해됩니다. 이때 CO, CO2, CH4와 같은 가스가 방출됩니다. 이렇게 하면 탄소가 풍부한 물질이 남습니다.
2. 활성화 과정
열 활성화
그런 다음 탄소가 풍부한 물질을 매우 높은 온도로 가열합니다. 때때로 증기나 이산화탄소가 추가되기도 합니다. 이렇게 하면 재료의 다공성이 더욱 높아져 더 많은 구멍이 생깁니다.
화학적 활성화
재료를 다공성으로 만드는 또 다른 방법은 인산이나 염화아연과 같은 화학 물질을 사용하는 것입니다. 이러한 화학 물질은 탄소에 더 많은 구멍을 만드는 데 도움이 됩니다.
3. 활성탄의 특성
높은 표면적
활성화 과정을 통해 재료의 내부 표면적이 커집니다. 때로는 그램당 1,000제곱미터가 넘을 수도 있습니다! 이것이 바로 많은 분자를 포집할 수 있는 이유입니다.
다공성 구조
이 소재는 다양한 크기의 기공을 가지고 있습니다. 이는 큰 분자부터 작은 이온까지 다양한 물질을 포집할 수 있음을 의미합니다.
4. 활성탄의 응용 분야
수처리
활성탄은 물에서 유해한 물질을 제거하여 물을 정화하는 데 사용됩니다. 이렇게 하면 물이 더 안전하고 맛이 좋아집니다.
공기 정화
활성탄은 공기 정화기에도 사용되어 유해 가스를 잡아 공기를 더 깨끗하게 만듭니다.
산업 응용 분야
공장에서 활성탄은 많은 공정에서 사용됩니다. 예를 들어 커피에서 카페인을 제거하고, 금을 정화하고, 용매를 회수하는 데 도움이 됩니다.
다른 형태의 탄소와 비교
숯과 활성탄 비교
숯과 활성탄은 모두 탄화 과정을 통해 만들어집니다. 하지만 활성탄은 추가 단계를 거쳐 물질을 훨씬 더 잘 포집합니다.
바이오차
바이오차도 바이오매스로 만들어집니다. 하지만 일반적으로 물질을 잡는 용도가 아니라 토양을 개선하는 데 사용됩니다.
활성탄이 어떻게 만들어지고 어떤 역할을 하는지 이해하는 것은 매우 중요합니다. 활성탄은 다양한 분야에서, 특히 물질을 잡는 것이 중요한 곳에서 잘 활용될 수 있습니다.
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