Wat zeggen het joodgetal en de CTC waarde over de kwaliteit van actieve kool, en wat niet?

Op een technische fiche van actieve kool staat bijna steeds een joodgetal vermeld, vaak samen met een CTC waarde. Wat vertellen deze getallen over de kwaliteit en de adsorptiecapaciteit van actieve kool?

Het joodgetal is een van de oudste en meest toegepaste kwaliteitsindicatoren voor actieve kool, zeker voor toepassing in vloeistoffen. De reden hiervoor is dat het om een vrij eenvoudige en goedkope methode gaat, die wijdverspreid is.

Het joodgetal geeft aan hoeveel jood (I₂) een bepaald type actieve kool kan adsorberen uit een oplossing. Het bepalen van het joodgetal verloopt volgens de gestandaardiseerde methode ASTM D4607. Aangezien joodmoleculen erg klein zijn, met een kinetische diameter van ongeveer 0,55 nm of dus 0,00000055 mm, correleert de test goed met het beschikbare oppervlak in de microporiën, vooral dan voor microporiën rond 1 nm of kleiner.

Op basis van het joodgetal kan actieve kool ruwweg ingedeeld worden in verschillende kwaliteiten:

• 300–600 mg/g: lage kwaliteit
• 600–900 mg/g: universele, gemiddelde kwaliteit
• 900–1200 mg/g: hoge kwaliteit

Omwille van de relatieve eenvoud voor het bepalen van het joodgetal wordt deze parameter vaak gebruikt als benadering voor de BET waarde, i.e. een indicatie van het inwendig oppervlak van de actieve kool. Er kan gesteld worden dat:

• een joodgetal van 600 mg/g overeenstemt met ± 600–700 m²/g.
• een joodgetal van 900 mg/g overeenstemt met ± 900–1000 m²/g.
• een joodgetal van 1100 mg/g overeenstemt met ± 1100–1200 m²/g.

Deze correlatie is echter slechts indicatief en verliest een groot deel van zijn waarde voor actieve kooltypes waarbij mesoporiën dominant zijn. Reden hiervoor is dat jood deze grotere poriën immers niet zal binnendringen.

De CTC waarde wordt veelal gebruikt als kwaliteitsindicator van actieve kool voor toepassingen in lucht- en gaszuivering. “CTC” staat voor carbontetrachloride (of CCl₄). Het bepalen van de CTC waarde van een type actieve kool gebeurt volgens de gestandaardiseerde methode ASTM D3467. Hierbij wordt actieve kool blootgesteld aan een gasstroom beladen met CCl₄ tot wanneer een evenwicht bereikt wordt (geen verdere opname van CTC door de actieve kool). Het opgenomen gewichtspercentage aan CCl₄ wordt uitgedrukt ten opzichte van de droge massa aan actieve kool.

Op basis van de CTC waarde kan actieve kool ruwweg ingedeeld worden in verschillende kwaliteiten:

• 20–40%: lage kwaliteit
• 40–70%: universele, gemiddelde kwaliteit
• 70–120%: zeer hoge kwaliteit

Waarden boven 100% zijn effectief mogelijk omdat actieve kool meer kan adsorberen dan zijn eigen gewicht aan CCl₄.

Net als voor het joodgetal bestaat er een ruwe correlatie tussen de CTC waarde en de BET waarde (i.e. indicatie van het inwendig oppervlak van de actieve kool) en geeft de CTC waarde dus ook een indicatie van het totale adsorptievermogen van actieve kool. Er kan gesteld worden dat:

• een CTC waarde van 50% overeenstemt met ± 800 – 900 m²/g.
• een CTC waarde van 60% overeenstemt met ± 1000 m²/g.
• een CTC waarde van 70% overeenstemt met ± 1100–1200 m²/g.

Toch maakt de poriëngrootteverdeling van de actieve kool de correlatie tussen beide minder sterk. Reden is dat de CTC waarde, door de afmetingen van CCl₄, voornamelijk focust op de poriën in het bereik van 1–5 nm en daarmee vooral gevoelig is voor de microporiën en de kleinste mesoporiën.

Zowel het joodgetal als de CTC waarde zijn alom gekende kwaliteitsindicatoren voor actieve kool; joodgetal vooral voor watertoepassingen, CTC eerder voor gastoepassingen.

Doordat echter bij beide methodes een bepaalde molecule gebruikt wordt met vaste afmetingen om de parameter te bepalen, zeggen deze indicatoren voornamelijk iets over deze range van poriën (waarin de testmolecule past). Extrapolatie naar het specifiek oppervlak en dus naar de adsorptiecapaciteit van het type kool moet dus met de nodige voorzichtigheid gebeuren.

Om een volledig en correct beeld te krijgen van de kwaliteit en toepasbaarheid van een bepaald type actieve kool, kunnen bijkomende kwaliteitsparameters zoals poriëndistributie en oppervlaktechemie bepaald worden.