Məsaməli karbon məsamə strukturunun optimallaşdırılması -Ⅱ

Məhsul haqqında məlumat və məsləhət üçün veb saytımıza xoş gəlmisiniz.

Veb saytımız:https://www.vet-china.com/

 

Fiziki və kimyəvi aktivləşdirmə metodu

Fiziki və kimyəvi aktivləşdirmə metodu, yuxarıda göstərilən iki aktivləşdirmə metodunu birləşdirərək məsaməli materialların hazırlanması üsuluna aiddir. Ümumiyyətlə, əvvəlcə kimyəvi aktivləşdirmə, sonra isə fiziki aktivləşdirmə aparılır. Əvvəlcə sellülozanı 68% ~ 85% H3PO4 məhlulunda 85℃-də 2 saat isladın, sonra muffle sobasında 4 saat karbonlaşdırın və sonra CO2 ilə aktivləşdirin. Əldə edilən aktivləşdirilmiş karbonun xüsusi səth sahəsi 3700m2·g-1-ə qədər idi. Xammal kimi sisal lifindən istifadə etməyə çalışın və H3PO4 aktivləşdirilməsi ilə əldə edilən aktivləşdirilmiş karbon lifini (ACF) bir dəfə aktivləşdirin, N2 qorunması altında 830℃-ə qədər qızdırın və sonra ikincil aktivləşdirmə üçün aktivator kimi su buxarından istifadə edin. 60 dəqiqəlik aktivləşdirmədən sonra əldə edilən ACF-nin xüsusi səth sahəsi əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdı.

 

Aktivləşdirilmiş məsamə strukturunun performansının xarakteristikasıkarbon

 
Tez-tez istifadə olunan aktivləşdirilmiş karbonun performans xarakteristikasının metodları və tətbiq istiqamətləri Cədvəl 2-də göstərilmişdir. Materialın məsamə struktur xüsusiyyətləri iki aspektdən sınaqdan keçirilə bilər: məlumatların təhlili və təsvirlərin təhlili.

 

Aktivləşdirilmiş karbonun məsamə strukturunun optimallaşdırılması texnologiyasının tədqiqat irəliləyişi

Aktivləşdirilmiş karbon zəngin məsamələrə və böyük xüsusi səth sahəsinə malik olsa da, bir çox sahədə əla göstəricilərə malikdir. Bununla belə, geniş xammal seçiciliyi və mürəkkəb hazırlama şərtləri səbəbindən hazır məhsullar ümumiyyətlə xaotik məsamə quruluşu, fərqli xüsusi səth sahəsi, nizamsız məsamə ölçüsü paylanması və məhdud səth kimyəvi xüsusiyyətləri kimi çatışmazlıqlara malikdir. Buna görə də, tətbiq prosesində bazar tələblərinə cavab verə bilməyən böyük dozaj və dar uyğunlaşma kimi çatışmazlıqlar mövcuddur. Buna görə də, strukturu optimallaşdırmaq və tənzimləmək, eləcə də onun hərtərəfli istifadə performansını artırmaq böyük praktik əhəmiyyət kəsb edir. Məsamə quruluşunu optimallaşdırmaq və tənzimləmək üçün geniş istifadə olunan üsullara kimyəvi tənzimləmə, polimer qarışığı və katalitik aktivləşdirmə tənzimlənməsi daxildir.

 

Kimyəvi tənzimləmə texnologiyası

Kimyəvi tənzimləmə texnologiyası, kimyəvi reagentlərlə aktivləşdirildikdən sonra əldə edilən məsaməli materialların ikinci dərəcəli aktivləşdirilməsi (modifikasiyası) prosesinə aiddir, orijinal məsamələri aşındırır, mikroməsamələri genişləndirir və ya materialın xüsusi səth sahəsini və məsamə quruluşunu artırmaq üçün yeni mikroməsamələri daha da yaradır. Ümumiyyətlə, bir aktivləşdirmənin hazır məhsulu məsamə quruluşunu tənzimləmək və xüsusi səth sahəsini artırmaq üçün ümumiyyətlə 0,5 ~ 4 dəfə kimyəvi məhlula batırılır. İkinci dərəcəli aktivləşdirmə üçün hər cür turşu və qələvi məhlullarından reagent kimi istifadə etmək olar.

 

Turşu səthi oksidləşmə modifikasiyası texnologiyası

Turşu səthinin oksidləşməsinin modifikasiyası geniş istifadə olunan tənzimləmə metodudur. Müvafiq temperaturda turşu oksidləşdiriciləri aktivləşdirilmiş karbonun içindəki məsamələri zənginləşdirə, məsamə ölçüsünü yaxşılaşdıra və tıxanmış məsamələri təmizləyə bilər. Hazırda yerli və xarici tədqiqatlar əsasən qeyri-üzvi turşuların modifikasiyasına yönəlib. HN03 geniş istifadə olunan oksidləşdiricidir və bir çox alim aktivləşdirilmiş karbonu modifikasiya etmək üçün HN03-dən istifadə edir. Tonq Li və digərləri [28] HN03-ün aktivləşdirilmiş karbonun səthində oksigen tərkibli və azot tərkibli funksional qrupların tərkibini artıra və civənin adsorbsiya təsirini yaxşılaşdıra biləcəyini aşkar ediblər.

HN03 ilə modifikasiya edilmiş aktivləşdirilmiş karbondan istifadə edildikdə, modifikasiyadan sonra aktivləşdirilmiş karbonun xüsusi səth sahəsi 652m2·g-1-dən 241m2·g-1-ə, orta məsamə ölçüsü 1,27nm-dən 1,641nm-ə, benzofenonun isə simulyasiya edilmiş benzində adsorbsiya qabiliyyəti isə 33,7% artmışdır. HN03-ün həcm konsentrasiyası müvafiq olaraq 10% və 70% olan ağac aktivləşdirilmiş karbondan istifadə edildikdə. Nəticələr göstərir ki, 10% HN03 ilə modifikasiya edilmiş aktivləşdirilmiş karbonun xüsusi səth sahəsi 925,45m2·g-1-dən 960,52m2·g-1-ə qədər artmışdır; 70% HN03 ilə modifikasiyadan sonra xüsusi səth sahəsi 935,89m2·g-1-ə qədər azalmışdır. İki HN03 konsentrasiyası ilə modifikasiya edilmiş aktivləşdirilmiş karbon tərəfindən Cu2+-ın təmizlənmə sürəti müvafiq olaraq 70% və 90%-dən yuxarı olmuşdur.

Adsorbsiya sahəsində istifadə edilən aktivləşdirilmiş karbon üçün adsorbsiya effekti yalnız məsamə quruluşundan deyil, həm də adsorbentin səth kimyəvi xüsusiyyətlərindən asılıdır. Məsamə quruluşu aktivləşdirilmiş karbonun xüsusi səth sahəsini və adsorbsiya qabiliyyətini müəyyən edir, səth kimyəvi xüsusiyyətləri isə aktivləşdirilmiş karbon və adsorbat arasındakı qarşılıqlı təsirə təsir göstərir. Nəhayət, aktivləşdirilmiş karbonun turşu modifikasiyasının yalnız aktivləşdirilmiş karbonun içərisindəki məsamə quruluşunu tənzimləyə və tıxanmış məsamələri təmizləməyə deyil, həm də materialın səthindəki turşu qruplarının tərkibini artıra və səthin polyarlığını və hidrofilliyini artıra biləcəyi aşkar edilmişdir. HCI ilə modifikasiya edilmiş aktivləşdirilmiş karbon tərəfindən EDTA-nın adsorbsiya qabiliyyəti modifikasiyadan əvvəlki ilə müqayisədə 49,5% artmışdır ki, bu da HNO3 modifikasiyasından daha yaxşı idi.

Müvafiq olaraq HNO3 və H2O2 ilə modifikasiya olunmuş kommersiya aktivləşdirilmiş karbon! Modifikasiyadan sonrakı xüsusi səth sahələri modifikasiyadan əvvəlki səth sahələrinin müvafiq olaraq 91,3% və 80,8%-ni təşkil etmişdir. Səthə karboksil, karbonil və fenol kimi yeni oksigen tərkibli funksional qruplar əlavə edilmişdir. HNO3 modifikasiyası ilə nitrobenzolun adsorbsiya qabiliyyəti ən yaxşısı idi ki, bu da modifikasiyadan əvvəlkindən 3,3 dəfə çox idi. Turşu modifikasiyasından sonra aktivləşdirilmiş karbonda oksigen tərkibli funksional qrupların tərkibindəki artımın səthi aktiv nöqtələrin sayının artmasına səbəb olduğu və bu da hədəf adsorbatın adsorbsiya qabiliyyətinin yaxşılaşdırılmasına birbaşa təsir göstərdiyi məlum olmuşdur.

Qeyri-üzvi turşularla müqayisədə, aktivləşdirilmiş karbonun üzvi turşu modifikasiyası haqqında az məlumat var. Üzvi turşu modifikasiyasının aktivləşdirilmiş karbonun məsamə struktur xüsusiyyətlərinə və metanolun adsorbsiyasına təsirlərini müqayisə edin. Modifikasiyadan sonra aktivləşdirilmiş karbonun xüsusi səth sahəsi və ümumi məsamə həcmi azalıb. Turşuluq nə qədər güclüdürsə, azalma bir o qədər böyükdür. Okzalik turşu, tartarik turşu və limon turşusu ilə modifikasiyadan sonra aktivləşdirilmiş karbonun xüsusi səth sahəsi müvafiq olaraq 898.59m2·g-1-dən 788.03m2·g-1, 685.16m2·g-1 və 622.98m2·g-1-ə düşüb. Lakin, modifikasiyadan sonra aktivləşdirilmiş karbonun mikroməsaməliliyi artıb. Limon turşusu ilə modifikasiya edilmiş aktivləşdirilmiş karbonun mikroməsaməliliyi 75.9%-dən 81.5%-ə yüksəlib.

Oksalik turşusu və tartarik turşusunun modifikasiyası metanolun adsorbsiyasına faydalıdır, limon turşusu isə inhibitor təsir göstərir. Lakin, J.Paul Chen və digərləri [35] limon turşusu ilə modifikasiya edilmiş aktivləşdirilmiş karbonun mis ionlarının adsorbsiyasını artıra biləcəyini aşkar etdilər. Lin Tang və digərləri [36] qarışqa turşusu, oksalik turşusu və aminosulfon turşusu ilə modifikasiya edilmiş kommersiya aktivləşdirilmiş karbonu. Modifikasiyadan sonra xüsusi səth sahəsi və məsamə həcmi azalıb. Hazır məhsulun səthində 0-HC-0, C-0 və S=0 kimi oksigen tərkibli funksional qruplar əmələ gəlib və qeyri-bərabər aşınmış kanallar və ağ kristallar əmələ gəlib. Aseton və izopropanolun tarazlıq adsorbsiya qabiliyyəti də əhəmiyyətli dərəcədə artıb.

 

Qələvi məhlul modifikasiyası texnologiyası

Bəzi alimlər aktivləşdirilmiş karbon üzərində ikincil aktivləşdirmə aparmaq üçün qələvi məhluldan da istifadə ediblər. Məsamə quruluşunu idarə etmək üçün evdə hazırlanmış kömür əsaslı aktivləşdirilmiş karbonu müxtəlif konsentrasiyalı Na0H məhlulu ilə hopdurun. Nəticələr göstərdi ki, daha aşağı qələvi konsentrasiyası məsamələrin böyüməsinə və genişlənməsinə kömək edir. Ən yaxşı təsir kütlə konsentrasiyası 20% olduqda əldə edildi. Aktivləşdirilmiş karbon ən yüksək xüsusi səth sahəsinə (681m2·g-1) və məsamə həcminə (0.5916cm3·g-1) malik idi. Na0H-nin kütlə konsentrasiyası 20%-i keçdikdə aktivləşdirilmiş karbonun məsamə quruluşu məhv olur və məsamə quruluş parametrləri azalmağa başlayır. Çünki Na0H məhlulunun yüksək konsentrasiyası karbon skeletini korroziyaya uğradacaq və çox sayda məsamə çökəcək.

Polimer qarışığı ilə yüksək effektiv aktivləşdirilmiş karbonun hazırlanması. Sələflər furfural qətran və furfuril spirti, etilen glikol isə məsamə əmələ gətirən maddə idi. Məsamə quruluşu üç polimerin tərkibini tənzimləməklə idarə olunurdu və məsamə ölçüsü 0,008 ilə 5 μm arasında olan məsaməli material əldə edilirdi. Bəzi alimlər sübut etmişlər ki, poliuretan-imid təbəqəsi (PUI) karbonlaşdırılaraq karbon təbəqəsi əldə edilə bilər və məsamə quruluşu poliuretan (PU) prepolimerinin molekulyar quruluşunu dəyişdirməklə idarə oluna bilər [41]. PUI 200°C-yə qədər qızdırıldıqda PU və poliimid (PI) əmələ gələcək. İstilik emalı temperaturu 400°C-yə yüksəldikdə, PU pirolizi qaz əmələ gətirir və nəticədə PI təbəqəsində məsamə quruluşu əmələ gəlir. Karbonlaşmadan sonra karbon təbəqəsi əldə edilir. Bundan əlavə, polimer qarışığı üsulu materialın bəzi fiziki və mexaniki xüsusiyyətlərini müəyyən dərəcədə yaxşılaşdıra bilər.

 

Katalitik aktivləşdirmə tənzimləmə texnologiyası

Katalitik aktivləşdirmə tənzimləmə texnologiyası əslində kimyəvi aktivləşdirmə metodu və yüksək temperaturlu qaz aktivləşdirmə metodunun birləşməsidir. Ümumiyyətlə, kimyəvi maddələr xammala katalizator kimi əlavə olunur və katalizatorlar məsaməli karbon materialları əldə etmək üçün karbonlaşma və ya aktivləşdirmə prosesinə kömək etmək üçün istifadə olunur. Ümumiyyətlə, metallar ümumiyyətlə katalitik təsir göstərir, lakin katalitik təsirlər fərqlidir.

Əslində, məsaməli materialların kimyəvi aktivləşmə tənzimlənməsi ilə katalitik aktivləşmə tənzimlənməsi arasında adətən açıq bir sərhəd yoxdur. Bunun səbəbi, hər iki metodun karbonlaşma və aktivləşmə prosesi zamanı reagentlər əlavə etməsidir. Bu reagentlərin spesifik rolu metodun katalitik aktivləşmə kateqoriyasına aid olub-olmadığını müəyyən edir.

Məsaməli karbon materialının özünün strukturu, katalizatorun fiziki və kimyəvi xüsusiyyətləri, katalitik reaksiya şəraiti və katalizator yükləmə metodu tənzimləmə effektinə müxtəlif dərəcədə təsir göstərə bilər. Bitumlu kömürdən xammal kimi istifadə etməklə, Mn(N03)2 və ​​Cu(N03)2 katalizator kimi metal oksidləri olan məsaməli materiallar hazırlaya bilər. Müvafiq miqdarda metal oksidləri məsaməliyi və məsamə həcmini yaxşılaşdıra bilər, lakin müxtəlif metalların katalitik təsirləri bir qədər fərqlidir. Cu(N03)2 1,5~2,0 nm diapazonunda məsamələrin inkişafını təşviq edə bilər. Bundan əlavə, xammal külündə olan metal oksidləri və qeyri-üzvi duzlar da aktivləşmə prosesində katalitik rol oynayacaq. Xie Qiang və digərləri [42] qeyri-üzvi maddələrdə kalsium və dəmir kimi elementlərin katalitik aktivləşmə reaksiyasının məsamələrin inkişafını təşviq edə biləcəyinə inanırdılar. Bu iki elementin tərkibi çox yüksək olduqda, məhsuldakı orta və böyük məsamələrin nisbəti əhəmiyyətli dərəcədə artır.

 

Nəticə

Ən çox istifadə edilən yaşıl məsaməli karbon materialı kimi aktivləşdirilmiş karbon sənayedə və həyatda mühüm rol oynasa da, xammalın genişləndirilməsi, xərclərin azaldılması, keyfiyyətin yaxşılaşdırılması, enerjinin yaxşılaşdırılması, ömrünün uzadılması və möhkəmliyin yaxşılaşdırılması üçün hələ də böyük potensiala malikdir. Yüksək keyfiyyətli və ucuz aktivləşdirilmiş karbon xammalının tapılması, təmiz və səmərəli aktivləşdirilmiş karbon istehsalı texnologiyasının hazırlanması və müxtəlif tətbiq sahələrinə uyğun olaraq aktivləşdirilmiş karbonun məsamə strukturunun optimallaşdırılması və tənzimlənməsi aktivləşdirilmiş karbon məhsullarının keyfiyyətinin artırılması və aktivləşdirilmiş karbon sənayesinin yüksək keyfiyyətli inkişafının təşviqi üçün vacib bir istiqamət olacaqdır.