مرحباً بكم في موقعنا الإلكتروني للحصول على معلومات حول المنتج والاستشارات.
موقعنا على الانترنت:https://www.vet-china.com/
طريقة التنشيط الفيزيائي والكيميائي
تشير طريقة التنشيط الفيزيائي والكيميائي إلى طريقة تحضير المواد المسامية من خلال الجمع بين طريقتي التنشيط المذكورتين أعلاه. بشكل عام، يتم إجراء التنشيط الكيميائي أولاً، ثم يتم إجراء التنشيط الفيزيائي. أولاً، يتم نقع السليلوز في محلول 68٪ ~ 85٪ من بيروكسيد الهيدروجين عند درجة حرارة 85 درجة مئوية لمدة ساعتين، ثم يتم تفحيمه في فرن كتم لمدة 4 ساعات، ثم يتم تنشيطه باستخدام ثاني أكسيد الكربون. كانت المساحة السطحية النوعية للكربون المنشط الناتج تصل إلى 3700 متر مربع · جم. حاول استخدام ألياف السيزال كمادة خام، وقم بتنشيط ألياف الكربون المنشط (ACF) الناتجة عن تنشيط بيروكسيد الهيدروجين مرة واحدة، وتسخينها إلى 830 درجة مئوية تحت حماية N2، ثم استخدام بخار الماء كمنشط للتنشيط الثانوي. تم تحسين المساحة السطحية النوعية لألياف الكربون المنشط الناتجة بعد 60 دقيقة من التنشيط بشكل ملحوظ.
توصيف أداء بنية المسام للمركبات النشطةالكربون
تظهر في الجدول 2 الطرق الشائعة الاستخدام لتوصيف أداء الكربون المنشط واتجاهات التطبيق. ويمكن اختبار خصائص بنية المسام للمادة من جانبين: تحليل البيانات وتحليل الصور.
تقدم البحث في تكنولوجيا تحسين بنية المسام للكربون المنشط
على الرغم من غنى الكربون المنشط بمساماته ومساحته السطحية النوعية الكبيرة، إلا أنه يتميز بأداء ممتاز في العديد من المجالات. ومع ذلك، نظرًا لانتقائيته الواسعة للمواد الخام وظروف تحضيره المعقدة، فإن المنتجات النهائية عادةً ما تعاني من عيوب بنية المسام الفوضوية، واختلاف مساحة السطح النوعية، وعدم انتظام توزيع حجم المسام، ومحدودية الخصائص الكيميائية السطحية. لذلك، هناك عيوب مثل الجرعة الكبيرة وضيق قابلية التكيف في عملية التطبيق، مما لا يلبي متطلبات السوق. لذلك، من الأهمية العملية الكبيرة تحسين وتنظيم بنية المسام وتحسين أدائها الشامل. تشمل الطرق الشائعة لتحسين وتنظيم بنية المسام التنظيم الكيميائي، ومزج البوليمرات، وتنظيم التنشيط الحفزي.
تكنولوجيا تنظيم المواد الكيميائية
تشير تقنية التنظيم الكيميائي إلى عملية التنشيط الثانوي (التعديل) للمواد المسامية الناتجة عن التنشيط باستخدام الكواشف الكيميائية، مما يؤدي إلى تآكل المسام الأصلية، وتوسيع المسام الدقيقة، أو إنشاء مسام دقيقة جديدة لزيادة مساحة السطح النوعية وبنية مسام المادة. وبشكل عام، يُغمر المنتج النهائي لعملية التنشيط الواحدة في محلول كيميائي بمقدار 0.5 إلى 4 أضعاف لتنظيم بنية المسام وزيادة مساحة السطح النوعية. ويمكن استخدام جميع أنواع المحاليل الحمضية والقلوية ككواشف للتنشيط الثانوي.
تكنولوجيا تعديل أكسدة السطح الحمضي
يُعد تعديل أكسدة سطح الحمض طريقة تنظيم شائعة الاستخدام. عند درجة حرارة مناسبة، يمكن لمؤكسدات الحمض إثراء مسام الكربون المنشط، وتحسين حجمها، وإزالة المسام المسدودة. في الوقت الحالي، تركز الأبحاث المحلية والأجنبية بشكل رئيسي على تعديل الأحماض غير العضوية. يُعد HN03 مؤكسدًا شائع الاستخدام، ويستخدمه العديد من الباحثين لتعديل الكربون المنشط. وجد تونغ لي وآخرون [28] أن HN03 يمكنه زيادة محتوى المجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين والنيتروجين على سطح الكربون المنشط، وتحسين تأثير امتزاز الزئبق.
تعديل الكربون المنشط باستخدام HN03، بعد التعديل، انخفضت المساحة السطحية النوعية للكربون المنشط من 652 متر مربع · جم-1 إلى 241 متر مربع · جم-1، وزاد متوسط حجم المسام من 1.27 نانومتر إلى 1.641 نانومتر، وزادت قدرة امتصاص البنزوفينون في البنزين المُحاكي بنسبة 33.7٪. تعديل الكربون المنشط بالخشب بتركيز حجمي 10٪ و70٪ من HN03، على التوالي. تُظهر النتائج أن المساحة السطحية النوعية للكربون المنشط المعدل بنسبة 10٪ من HN03 زادت من 925.45 متر مربع · جم-1 إلى 960.52 متر مربع · جم-1؛ بعد التعديل بنسبة 70٪ من HN03، انخفضت المساحة السطحية النوعية إلى 935.89 متر مربع · جم-1. كانت معدلات إزالة Cu2+ بواسطة الكربون المنشط المعدل بتركيزين من HN03 أعلى من 70٪ و90٪ على التوالي.
بالنسبة للكربون المنشط المستخدم في مجال الامتزاز، لا يعتمد تأثير الامتزاز على بنية المسام فحسب، بل يعتمد أيضًا على الخواص الكيميائية لسطح المادة المازة. تُحدد بنية المسام مساحة السطح النوعية وقدرته على الامتزاز، بينما تؤثر الخواص الكيميائية للسطح على التفاعل بين الكربون المنشط والمادة المازة. وأخيرًا، وُجد أن التعديل الحمضي للكربون المنشط لا يُعدل بنية المسام داخله ويفتح المسام المسدودة فحسب، بل يزيد أيضًا من محتوى المجموعات الحمضية على سطح المادة ويعزز قطبية السطح ومحبته للماء. زادت قدرة امتزاز EDTA بواسطة الكربون المنشط المُعدَّل بـ HCI بنسبة 49.5% مقارنةً بما كانت عليه قبل التعديل، وهي قدرة أفضل من تعديل HNO3.
كربون منشط تجاري مُعدّل باستخدام حمض النتريك (HNO3) وحمض الهيدروكلوريك (H2O2) على التوالي! بلغت مساحات السطح النوعية بعد التعديل 91.3% و80.8% من تلك التي كانت قبله، على التوالي. أُضيفت مجموعات وظيفية جديدة تحتوي على الأكسجين، مثل الكربوكسيل والكربونيل والفينول، إلى السطح. كانت قدرة امتصاص النيتروبنزين الناتجة عن تعديل حمض النتريك هي الأفضل، حيث بلغت 3.3 أضعاف ما كانت عليه قبل التعديل. وُجد أن زيادة محتوى المجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين في الكربون المنشط بعد التعديل الحمضي أدت إلى زيادة عدد النقاط النشطة على السطح، مما كان له تأثير مباشر على تحسين قدرة امتصاص المادة الممتصة المستهدفة.
بالمقارنة مع الأحماض غير العضوية، هناك تقارير قليلة حول تعديل الكربون المنشط بالأحماض العضوية. قارن آثار تعديل الأحماض العضوية على خصائص بنية مسام الكربون المنشط وامتصاص الميثانول. بعد التعديل، انخفضت المساحة السطحية النوعية والحجم الكلي للمسام للكربون المنشط. كلما زادت الحموضة، زاد الانخفاض. بعد التعديل بحمض الأكساليك وحمض الطرطريك وحمض الستريك، انخفضت المساحة السطحية النوعية للكربون المنشط من 898.59 متر مربع · جم-1 إلى 788.03 متر مربع · جم-1 و685.16 متر مربع · جم-1 و622.98 متر مربع · جم-1 على التوالي. ومع ذلك، زادت المسامية الدقيقة للكربون المنشط بعد التعديل. زادت المسامية الدقيقة للكربون المنشط المعدل بحمض الستريك من 75.9% إلى 81.5%.
يُعد تعديل حمض الأكساليك وحمض الطرطريك مفيدًا لامتصاص الميثانول، بينما يُظهر حمض الستريك تأثيرًا مثبطًا. ومع ذلك، وجد جيه. بول تشين وآخرون [35] أن الكربون المنشط المُعدّل بحمض الستريك يُمكن أن يُعزز امتصاص أيونات النحاس. عدّل لين تانغ وآخرون [36] الكربون المنشط التجاري بحمض الفورميك وحمض الأكساليك وحمض الأمينوسلفونيك. بعد التعديل، انخفضت مساحة السطح النوعية وحجم المسام. تكوّنت مجموعات وظيفية تحتوي على الأكسجين مثل 0-HC-0 وC-0 وS=0 على سطح المنتج النهائي، وظهرت قنوات محفورة غير متساوية وبلورات بيضاء. كما زادت قدرة الامتصاص المتوازنة للأسيتون والأيزوبروبانول بشكل ملحوظ.
تكنولوجيا تعديل المحاليل القلوية
استخدم بعض الباحثين أيضًا محلولًا قلويًا لإجراء تنشيط ثانوي على الكربون المنشط. تم تشريب الكربون المنشط المصنوع منزليًا القائم على الفحم بمحلول NaOH بتركيزات مختلفة للتحكم في بنية المسام. أظهرت النتائج أن التركيز القلوي المنخفض كان مناسبًا لزيادة المسام وتمددها. تم تحقيق أفضل تأثير عندما كان تركيز الكتلة 20٪. كان للكربون المنشط أعلى مساحة سطح نوعية (681 متر مربع · جم -1) وحجم مسام (0.5916 سم مكعب · جم -1). عندما يتجاوز التركيز الكتلي لـ NaOH 20٪، يتم تدمير بنية مسام الكربون المنشط وتبدأ معلمات بنية المسام في الانخفاض. وذلك لأن التركيز العالي لمحلول NaOH سيؤدي إلى تآكل هيكل الكربون وسينهار عدد كبير من المسام.
تحضير كربون منشط عالي الأداء بمزج البوليمرات. المواد الأولية هي راتنج الفورفورال وكحول الفورفوريل، وكان الإيثيلين جليكول هو العامل المُشكّل للمسام. تم التحكم في بنية المسام عن طريق تعديل محتوى البوليمرات الثلاثة، وتم الحصول على مادة مسامية بحجم مسام يتراوح بين 0.008 و5 ميكرومتر. أثبت بعض الباحثين إمكانية كربنة غشاء البولي يوريثان-إيميد (PUI) للحصول على غشاء كربون، ويمكن التحكم في بنية المسام بتغيير التركيب الجزيئي لبوليمر البولي يوريثان (PU) المسبق [41]. عند تسخين غشاء البولي يوريثان-إيميد إلى 200 درجة مئوية، يتولد البولي يوريثان والبولي إيميد (PI). عند ارتفاع درجة حرارة المعالجة الحرارية إلى 400 درجة مئوية، يُنتج التحلل الحراري للبولي يوريثان غازًا، مما يؤدي إلى تكوين بنية مسامية على غشاء البولي يوريثان-إيميد. بعد الكربنة، يتم الحصول على غشاء كربون. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لطريقة مزج البوليمرات أيضًا تحسين بعض الخصائص الفيزيائية والميكانيكية للمادة إلى حد ما.
تكنولوجيا تنظيم التنشيط التحفيزي
تقنية تنظيم التنشيط التحفيزي هي في الواقع مزيج من طريقة التنشيط الكيميائي وطريقة التنشيط الغازي عالي الحرارة. عادةً، تُضاف مواد كيميائية إلى المواد الخام كمحفزات، وتُستخدم هذه المحفزات لدعم عملية الكربنة أو التنشيط للحصول على مواد كربونية مسامية. عمومًا، للمعادن تأثيرات تحفيزية، ولكن هذه التأثيرات تختلف.
في الواقع، لا يوجد عادةً حدّ فاصل واضح بين تنظيم التنشيط الكيميائي وتنظيم التنشيط التحفيزي للمواد المسامية. ويرجع ذلك إلى أن كلتا الطريقتين تُضيفان كواشف أثناء عمليتي الكربنة والتنشيط. ويُحدد الدور المُحدد لهذه الكواشف ما إذا كانت الطريقة تنتمي إلى فئة التنشيط التحفيزي.
يمكن أن يكون لهيكل مادة الكربون المسامية نفسها، والخصائص الفيزيائية والكيميائية للمحفز، وظروف التفاعل التحفيزي وطريقة تحميل المحفز درجات مختلفة من التأثير على تأثير التنظيم. باستخدام الفحم البيتوميني كمادة خام، يمكن لـ Mn(N03)2 و Cu(N03)2 كمحفزات تحضير مواد مسامية تحتوي على أكاسيد معدنية. يمكن للكمية المناسبة من أكاسيد المعادن تحسين المسامية وحجم المسام، ولكن التأثيرات التحفيزية للمعادن المختلفة تختلف قليلاً. يمكن لـ Cu(N03)2 تعزيز تطوير المسام في نطاق 1.5~2.0 نانومتر. بالإضافة إلى ذلك، ستلعب أكاسيد المعادن والأملاح غير العضوية الموجودة في رماد المواد الخام أيضًا دورًا تحفيزيًا في عملية التنشيط. يعتقد Xie Qiang et al. [42] أن تفاعل التنشيط التحفيزي لعناصر مثل الكالسيوم والحديد في المواد غير العضوية يمكن أن يعزز تطوير المسام. عندما يكون محتوى هذين العنصرين مرتفعًا جدًا، تزداد نسبة المسام المتوسطة والكبيرة في المنتج بشكل كبير.
خاتمة
على الرغم من أن الكربون المنشط، باعتباره مادة الكربون المسامية الخضراء الأكثر استخدامًا، قد لعب دورًا هامًا في الصناعة والحياة، إلا أنه لا يزال يتمتع بإمكانيات كبيرة للتحسين في توسيع نطاق المواد الخام، وخفض التكاليف، وتحسين الجودة، وتحسين الطاقة، وإطالة العمر الافتراضي، وتعزيز المتانة. إن إيجاد مواد خام عالية الجودة ومنخفضة التكلفة للكربون المنشط، وتطوير تقنيات إنتاج نظيفة وفعالة، وتحسين بنية مسام الكربون المنشط وتنظيمها وفقًا لمجالات التطبيق المختلفة، سيكون توجهًا مهمًا لتحسين جودة منتجات الكربون المنشط وتعزيز التطوير عالي الجودة لصناعة الكربون المنشط.
وقت النشر: ٢٧ أغسطس ٢٠٢٤