Aktivkohle Herstellung

[Carla]

Liebe Chemiestudent-Community,
Ich hätte da mal eine Frage zur Herstellung von Aktivkohle.
Es gibt unter vielen verschiedenen Verfahren auch eines, bei welchem das verkohlte Material mit einer Säure oder einer Lauge versetzt, und dann nochmals auf 700-1000 Grad erhitzt wird.
Kann mir jemand erklären, warum die Säure/Lauge in Verbindung mit dem starken Erhitzen das Porenvolumen der Ausgangskohle vergrößert?

Freue mich auf die Antworten!

LG
Carla

[chemiewolf]

Ist denn sicher, dass die beiden einen Einfluss auf die Porengröße haben?

[Carla]

Es ist sehr wahrscheinlich.
Man aktiviert ja die Rohkohle durch dieses Verfahren.
Es gibt auch eine thermische Aktivierung, hier wird mit extrem heißen Gasen die Kohle aktiviert, bzw. das Porenvolumen vergrößert.
Oder eben die von mir beschriebene chemische Aktivierung.
Und das Einzige, was diese Aktivierung bezwecken soll, ist eine Vermehrung/Vergrößerung der/des Poren/Porenvolumen.

Es gibt dann natürlich auch noch eine „Imprägnierung“ mit Metallen oder anderen Stoffen, um die Aufnahmefähigkeit von bestimmten Stoffen zu fördern. Aber das ist ein anderes Thema.

[Chemik-Al]

Bei einer Phosphorsäuren-Aktivierung wird teilweise die daraus entstandene Rohaktivkohle abermals unter 700–1000 °C heißem Dampf erhitzt. Schließlich wandelt sich unter diesen Temperaturen der Kohlenstoff teilweise zu einem Gas um, das entweicht. Es bilden sich letztlich auf diese Weise die gewünschten, weitporigen und hochaktiven Produkte.

Die Aktivierung der Rohkohle beinhaltet stets auch eine teilweise chemische Umwandlung von Kohlenstoff in CO,wodurch sich Porengröße und innere Oberfläche vergrößern lassen.
Das kann über Gas- oder chemische Aktivierung erfolgen(s. auch hier:https://www.carbotech.de/aktivkohle/akt ... on-kohlen/ .
Zur Aktivierung mit Basen wie Alkalimetallhydroxiden mal hier einlesen:https://oak.go.kr/central/journallist/j ... _seq=17195 .

Chemik-Al.

[Chemik-Al]

Nachtrag:etwas übersichtlicher diese Reaktionsgleichung und Beschreibung
"4.2. Activation
After the contact with the KOH, the distiller's grains were activated at a high temperature, the carbon
between the crystallites was burned by chemical reaction to form pores. However, if the activation
time is too long and the temperature is too high, the micropores will be destroyed, the pore size
becomes larger, and the yield decreases. In the activation process, the main reaction occurred [15]:
4 KOH + C  K2CO3 + K2O + 2 H"

aus: https://iopscience.iop.org/article/10.1 ... 012051/pdf .
Sowohl Säure-,als auch Baseaktivierung benötigen hohe Temperaturen für die jeweiligen chemischen Umwandlungsreaktion.

Chemik-Al.

[Carla]

Vielen Dank Chemik-Al für deine ausführliche Antwort!

Könnte eine Aktivierung dann theoretisch auch Zitronen- oder Essigsäure (C₆H₈O₇ und C₂H₄O₂) stattfinden oder sind für die Aktivierung nur bestimmte Säuren und Basen geeignet?

[Chemik-Al]

Aus den Reaktionsbedingungen der Aktivierung würde ich schließen,daß Citronen- und Essigsäure nicht geeignet sind,da sie bei den hohen Temperaturen verdampfen,bzw. sich zersetzen.
Bei den Basen kann man verschiedene Metallhydroxide einsetzen,die Porosität (u.a.) des Produkts kann dabei von verschiedenen Faktoren abhängen
(art der Base,Säure,Konzentration,Temperatur..).
Darum gibt es auch diverse Patente und Untersuchungen zu den verschiedenen Aktivierungsverfahren.

Chemik-Al.

[Carla]

Komisch.
Auf machen Webseiten wird Citronensäure auch als Möglichkeit zur chemischen Aktivierung angegeben.
Z.B. hier:
https://preppersgermany.de/forum/thread ... erstellen/
https://www.thefastcode.com/de-eur/wiki ... herstellen

Ich frage mich, ob da was dran ist…

[Carla]

Ich habe hier eine wissenschaftliche Untersuchung gefunden, welche belegt, dass Citronensäure sehr gut zur Aktivierung geeignet ist:
https://iopscience.iop.org/article/10.1 ... 032035/pdf

Wäre jetzt nur noch interessant ob Essigsäure auch geeignet ist!

[Carla]

Nun.
Hier ist ein Artikel der die Aktivierung mit Holzessig beschreibt. Die hauptsächlich wirkende Komponente ist sehr wahrscheinlich die Essigsäure:
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsomega.0c03494

Es scheint mit Essigsäure also auch möglich zu sein…


Bin für weitere Informationen sehr dankbar!

[Chemik-Al]

Die ersten beiden links würde ich mal nicht weiter beachten(DIY-tips),aber die beiden Artikel zeigen,daß es anscheinend möglich ist,eine Aktivierung auch mit Citronensäure oder Essigsäure zu erreichen.
Ich hatte vermutet,daß aufgrund der hohen Temperaturen,wo sich die Citronensäure schon längst zersetzt und Essigsäure verdampft,keine chemische Aktivierung möglich ist.Bei der Zersetzung der Citronensäure würde auch noch neuer Kohlenstoff dazu kommen.
Aber es scheint ja doch zu gehen,was zeigt,daß weitergehende Literaturrecherche sinnvoll war.
Was benötigst du denn für weitere Infos,was ist der Hintergrund deiner Fragen?

Chemik-Al.

[Carla]

Die beiden wissenschaftlichen Artikel geben schon einen Einblick in die Möglichkeiten zur Aktivierung mit Essig und Zitronensäure.
Aber je mehr Informationen desto besser. Dann kann man sich ein besseres Bild von den beiden Aktivierungsstoffen und vor allem der Effektivität dieser beiden Säuren.
Also gerne alle weiteren Informationen zur Aktivierung mit Essig und Zitronensäure hier in diesen Beitrag.

Und um einen Bogen zu meiner Ausgangsfrage zu schlagen: Wie aktivieren Essig und Zitronensäure die Kohle?

[Chemik-Al]

Allein zur chemischen Aktivierung gibt es eine Vielzahl von Methoden und Verfahren,wo dann die Mechanismen mehr oder weniger genau aufgeklärt wurden.Eine Übersicht z.B. hier:https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8911564/ .
Möglicherweise ist da was zur Aktivierung mit organischen Säuren zu finden,aber so auf die Schnelle scheint es schwierig.

Chemik-Al.

[chemiewolf]

btw. Aktivierung entspricht einer Vergrößerung der Oberfläche, nicht der Porengröße, die beiden verhalten sich umgekehrt proportional.

[Carla]

btw. Aktivierung entspricht einer Vergrößerung der Oberfläche, nicht der Porengröße, die beiden verhalten sich umgekehrt proportional.

Das stimmt nicht ganz.
In dem Artikel über die Aktivierung mit Holzessig wurde das genau betrachtet.
Bis zu einem gewissen Punkt steigt Porengröße und die Oberfläche. Danach nimmt man nur noch unnötig Kohlenstoff weg, ohne nutzen.