ছিদ্রযুক্ত কার্বনের ছিদ্র কাঠামোর অপ্টিমাইজেশন -২

পণ্য সম্পর্কিত তথ্য ও পরামর্শের জন্য আমাদের ওয়েবসাইটে আপনাকে স্বাগতম।

আমাদের ওয়েবসাইট:https://www.vet-china.com/

 

ভৌত ও রাসায়নিক সক্রিয়করণ পদ্ধতি

ভৌত ও রাসায়নিক সক্রিয়করণ পদ্ধতি বলতে উপরের দুটি সক্রিয়করণ পদ্ধতির সমন্বয়ে ছিদ্রযুক্ত পদার্থ প্রস্তুত করার পদ্ধতিকে বোঝায়। সাধারণত, প্রথমে রাসায়নিক সক্রিয়করণ করা হয় এবং তারপর ভৌত সক্রিয়করণ করা হয়। প্রথমে সেলুলোজকে ৮৫℃ তাপমাত্রায় ৬৮%~৮৫% H3PO4 দ্রবণে ২ ঘণ্টা ভিজিয়ে রাখা হয়, তারপর একটি মাফল ফার্নেসে ৪ ঘণ্টা ধরে কার্বনাইজ করা হয় এবং তারপর CO2 দিয়ে সক্রিয় করা হয়। প্রাপ্ত সক্রিয় কার্বনের নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল ৩৭০০m2·g-1 পর্যন্ত ছিল। কাঁচামাল হিসেবে সিসাল ফাইবার ব্যবহার করার চেষ্টা করা হয় এবং H3PO4 সক্রিয়করণের মাধ্যমে প্রাপ্ত সক্রিয় কার্বন ফাইবারকে (ACF) একবার সক্রিয় করে, N2 সুরক্ষার অধীনে ৮৩০℃ তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করা হয় এবং তারপর দ্বিতীয়বার সক্রিয়করণের জন্য অ্যাক্টিভেটর হিসেবে জলীয় বাষ্প ব্যবহার করা হয়। ৬০ মিনিট সক্রিয়করণের পর প্রাপ্ত ACF-এর নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হয়েছিল।

 

সক্রিয়কৃত ছিদ্র কাঠামোর কর্মক্ষমতার বৈশিষ্ট্য নিরূপণকার্বন

 
সারণি ২-এ অ্যাক্টিভেটেড কার্বনের কর্মক্ষমতা নিরূপণের জন্য সাধারণভাবে ব্যবহৃত পদ্ধতি এবং প্রয়োগের দিকনির্দেশনা দেখানো হয়েছে। উপাদানটির ছিদ্র কাঠামোর বৈশিষ্ট্য দুটি দিক থেকে পরীক্ষা করা যেতে পারে: ডেটা বিশ্লেষণ এবং চিত্র বিশ্লেষণ।

 

সক্রিয় কার্বনের ছিদ্র কাঠামো অপ্টিমাইজেশন প্রযুক্তির গবেষণা অগ্রগতি

যদিও অ্যাক্টিভেটেড কার্বনে প্রচুর ছিদ্র এবং বিশাল পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল রয়েছে, এটি অনেক ক্ষেত্রে চমৎকার কার্যকারিতা দেখায়। তবে, এর ব্যাপক কাঁচামাল নির্বাচন ক্ষমতা এবং জটিল প্রস্তুতি পদ্ধতির কারণে, উৎপাদিত পণ্যগুলিতে সাধারণত বিশৃঙ্খল ছিদ্র কাঠামো, ভিন্ন ভিন্ন পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল, ছিদ্রের আকারের অগোছালো বণ্টন এবং সীমিত পৃষ্ঠতল রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের মতো অসুবিধা দেখা যায়। ফলে, এর প্রয়োগ প্রক্রিয়ায় উচ্চ মাত্রা এবং সীমিত অভিযোজন ক্ষমতার মতো অসুবিধা রয়েছে, যা বাজারের চাহিদা মেটাতে পারে না। তাই, এর কাঠামোকে অপ্টিমাইজ ও নিয়ন্ত্রণ করা এবং এর সার্বিক ব্যবহারিক কার্যকারিতা উন্নত করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। ছিদ্র কাঠামো অপ্টিমাইজ ও নিয়ন্ত্রণের জন্য সাধারণত ব্যবহৃত পদ্ধতিগুলোর মধ্যে রয়েছে রাসায়নিক নিয়ন্ত্রণ, পলিমার মিশ্রণ এবং অনুঘটকীয় সক্রিয়করণ নিয়ন্ত্রণ।

 

রাসায়নিক নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তি

রাসায়নিক নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তি বলতে রাসায়নিক বিকারক দ্বারা সক্রিয়করণের পর প্রাপ্ত ছিদ্রযুক্ত পদার্থের দ্বিতীয়বার সক্রিয়করণ (পরিবর্তন) করার প্রক্রিয়াকে বোঝায়, যার মাধ্যমে মূল ছিদ্রগুলিকে ক্ষয় করা হয়, ক্ষুদ্র ছিদ্রগুলিকে প্রসারিত করা হয়, অথবা পদার্থের নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল এবং ছিদ্র কাঠামো বৃদ্ধি করার জন্য আরও নতুন ক্ষুদ্র ছিদ্র তৈরি করা হয়। সাধারণত, ছিদ্র কাঠামো নিয়ন্ত্রণ করতে এবং নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল বাড়াতে একটি সক্রিয়করণের সমাপ্ত পণ্যকে ০.৫ থেকে ৪ গুণ রাসায়নিক দ্রবণে ডুবিয়ে রাখা হয়। দ্বিতীয়বার সক্রিয়করণের জন্য বিকারক হিসেবে সব ধরনের অ্যাসিড ও ক্ষারীয় দ্রবণ ব্যবহার করা যেতে পারে।

 

অ্যাসিড পৃষ্ঠ জারণ পরিবর্তন প্রযুক্তি

অ্যাসিড পৃষ্ঠতল জারণ পরিবর্তন একটি বহুল ব্যবহৃত নিয়ন্ত্রণ পদ্ধতি। উপযুক্ত তাপমাত্রায়, অ্যাসিড জারক সক্রিয় কার্বনের ভিতরের ছিদ্রগুলিকে সমৃদ্ধ করতে পারে, এর ছিদ্রের আকার উন্নত করতে পারে এবং বন্ধ ছিদ্রগুলিকে পরিষ্কার করতে পারে। বর্তমানে, দেশীয় এবং বিদেশী গবেষণা প্রধানত অজৈব অ্যাসিড পরিবর্তনের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে। HN03 একটি বহুল ব্যবহৃত জারক, এবং অনেক গবেষক সক্রিয় কার্বন পরিবর্তন করতে HN03 ব্যবহার করেন। টং লি এবং অন্যান্যরা [28] দেখেছেন যে HN03 সক্রিয় কার্বনের পৃষ্ঠে অক্সিজেন-ধারণকারী এবং নাইট্রোজেন-ধারণকারী কার্যকরী গোষ্ঠীর পরিমাণ বাড়াতে পারে এবং পারদের শোষণ প্রভাব উন্নত করতে পারে।

HN03 দ্বারা সক্রিয় কার্বনকে পরিবর্তিত করার পর, সক্রিয় কার্বনের নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল 652m2·g-1 থেকে 241m2·g-1-এ হ্রাস পায়, গড় ছিদ্রের আকার 1.27nm থেকে 1.641nm-এ বৃদ্ধি পায় এবং কৃত্রিম গ্যাসোলিনে বেনজোফেননের শোষণ ক্ষমতা 33.7% বৃদ্ধি পায়। কাঠের সক্রিয় কার্বনকে যথাক্রমে 10% এবং 70% আয়তন ঘনত্বের HN03 দ্বারা পরিবর্তিত করা হয়। ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, 10% HN03 দ্বারা পরিবর্তিত সক্রিয় কার্বনের নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল 925.45m2·g-1 থেকে 960.52m2·g-1-এ বৃদ্ধি পায়; 70% HN03 দ্বারা পরিবর্তনের পর, নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল 935.89m2·g-1-এ হ্রাস পায়। দুটি ভিন্ন ঘনত্বের HN03 দ্বারা পরিবর্তিত সক্রিয় কার্বনের মাধ্যমে Cu2+ অপসারণের হার ছিল যথাক্রমে ৭০% এবং ৯০%-এর বেশি।

অধিশোষণ ক্ষেত্রে ব্যবহৃত অ্যাক্টিভেটেড কার্বনের অধিশোষণ প্রভাব কেবল এর ছিদ্র কাঠামোর উপরই নয়, বরং অধিশোষকটির পৃষ্ঠের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্যের উপরও নির্ভর করে। ছিদ্র কাঠামো অ্যাক্টিভেটেড কার্বনের নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল এবং অধিশোষণ ক্ষমতা নির্ধারণ করে, অন্যদিকে পৃষ্ঠের রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য অ্যাক্টিভেটেড কার্বন এবং অধিশোষিত পদার্থের মধ্যকার মিথস্ক্রিয়াকে প্রভাবিত করে। পরিশেষে দেখা গেছে যে, অ্যাক্টিভেটেড কার্বনের অ্যাসিড দ্বারা পরিবর্তন কেবল এর ভেতরের ছিদ্র কাঠামোকে সামঞ্জস্য করে এবং বন্ধ হয়ে যাওয়া ছিদ্রগুলো পরিষ্কার করে তাই নয়, বরং এটি পদার্থের পৃষ্ঠে অ্যাসিডিক গ্রুপের পরিমাণ বাড়ায় এবং পৃষ্ঠের পোলারিটি ও হাইড্রোফিলিসিটি বৃদ্ধি করে। HCl দ্বারা পরিবর্তিত অ্যাক্টিভেটেড কার্বনের EDTA-এর অধিশোষণ ক্ষমতা পরিবর্তনের আগের তুলনায় ৪৯.৫% বৃদ্ধি পেয়েছে, যা HNO3 দ্বারা পরিবর্তনের চেয়েও ভালো ছিল।

যথাক্রমে HNO3 এবং H2O2 দ্বারা বাণিজ্যিক সক্রিয় কার্বনকে পরিবর্তিত করা হয়েছে! পরিবর্তনের পর এর নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল ছিল যথাক্রমে পরিবর্তনের আগের ক্ষেত্রফলের ৯১.৩% এবং ৮০.৮%। পৃষ্ঠতলে কার্বক্সিল, কার্বনিল এবং ফেনলের মতো নতুন অক্সিজেন-যুক্ত কার্যকরী গ্রুপ যুক্ত করা হয়েছে। HNO3 দ্বারা পরিবর্তনের ফলে নাইট্রোবেঞ্জিনের শোষণ ক্ষমতা ছিল সর্বোত্তম, যা পরিবর্তনের আগের ক্ষমতার ৩.৩ গুণ। দেখা গেছে যে, অ্যাসিড পরিবর্তনের পর সক্রিয় কার্বনে অক্সিজেন-যুক্ত কার্যকরী গ্রুপের পরিমাণ বৃদ্ধি পাওয়ায় পৃষ্ঠতলের সক্রিয় বিন্দুর সংখ্যা বৃদ্ধি পায়, যা লক্ষ্যবস্তুর শোষণ ক্ষমতা উন্নত করার ক্ষেত্রে সরাসরি প্রভাব ফেলে।

অজৈব অ্যাসিডের তুলনায়, সক্রিয় কার্বনের জৈব অ্যাসিড দ্বারা পরিবর্তন সংক্রান্ত প্রতিবেদন খুব কম। সক্রিয় কার্বনের ছিদ্র কাঠামোর বৈশিষ্ট্য এবং মিথানল শোষণের উপর জৈব অ্যাসিড পরিবর্তনের প্রভাব তুলনা করা হয়েছে। পরিবর্তনের পর, সক্রিয় কার্বনের নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল এবং মোট ছিদ্রের আয়তন হ্রাস পেয়েছে। অম্লতা যত বেশি, এই হ্রাসও তত বেশি। অক্সালিক অ্যাসিড, টারটারিক অ্যাসিড এবং সাইট্রিক অ্যাসিড দ্বারা পরিবর্তনের পর, সক্রিয় কার্বনের নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল যথাক্রমে 898.59m²·g⁻¹ থেকে 788.03m²·g⁻¹, 685.16m²·g⁻¹ এবং 622.98m²·g⁻¹-এ হ্রাস পেয়েছে। তবে, পরিবর্তনের পর সক্রিয় কার্বনের মাইক্রোপোরোসিটি বৃদ্ধি পেয়েছে। সাইট্রিক অ্যাসিড দ্বারা পরিবর্তিত সক্রিয় কার্বনের মাইক্রোপোরোসিটি 75.9% থেকে 81.5%-এ বৃদ্ধি পেয়েছে।

অক্সালিক অ্যাসিড এবং টারটারিক অ্যাসিড দ্বারা পরিবর্তন মিথানলের শোষণের জন্য উপকারী, যেখানে সাইট্রিক অ্যাসিডের একটি বাধাদানকারী প্রভাব রয়েছে। যাইহোক, জে. পল চেন এবং অন্যান্যরা [35] দেখেছেন যে সাইট্রিক অ্যাসিড দিয়ে পরিবর্তিত সক্রিয় কার্বন তামার আয়নের শোষণ বাড়াতে পারে। লিন ট্যাং এবং অন্যান্যরা [36] বাণিজ্যিক সক্রিয় কার্বনকে ফর্মিক অ্যাসিড, অক্সালিক অ্যাসিড এবং অ্যামিনোসালফোনিক অ্যাসিড দিয়ে পরিবর্তন করেছেন। পরিবর্তনের পরে, নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল এবং ছিদ্রের আয়তন হ্রাস পেয়েছে। সমাপ্ত পণ্যের পৃষ্ঠে 0-HC-0, C-0 এবং S=0 এর মতো অক্সিজেন-যুক্ত কার্যকরী গ্রুপ তৈরি হয়েছে এবং অসমভাবে খোদাই করা চ্যানেল এবং সাদা স্ফটিক দেখা গেছে। অ্যাসিটোন এবং আইসোপ্রোপানলের ভারসাম্য শোষণ ক্ষমতাও উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে।

 

ক্ষারীয় দ্রবণ পরিবর্তন প্রযুক্তি

কিছু গবেষক সক্রিয় কার্বনের উপর দ্বিতীয় পর্যায়ের সক্রিয়করণ সম্পাদনের জন্য ক্ষারীয় দ্রবণও ব্যবহার করেছেন। ছিদ্র কাঠামো নিয়ন্ত্রণের জন্য ঘরে তৈরি কয়লা-ভিত্তিক সক্রিয় কার্বনকে বিভিন্ন ঘনত্বের Na0H দ্রবণ দিয়ে সিক্ত করা হয়। ফলাফলে দেখা গেছে যে, কম ক্ষারীয় ঘনত্ব ছিদ্রের বৃদ্ধি ও প্রসারণের জন্য সহায়ক। ভর ঘনত্ব ২০% হলে সর্বোত্তম ফল পাওয়া যায়। এই সক্রিয় কার্বনের নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতলের ক্ষেত্রফল (৬৮১ মি²·গ্রা⁻¹) এবং ছিদ্রের আয়তন (০.৫৯১৬ সেমি³·গ্রা⁻¹) সর্বোচ্চ ছিল। যখন Na0H-এর ভর ঘনত্ব ২০% অতিক্রম করে, তখন সক্রিয় কার্বনের ছিদ্র কাঠামো নষ্ট হয়ে যায় এবং ছিদ্র কাঠামোর পরামিতিগুলো কমতে শুরু করে। এর কারণ হলো, Na0H দ্রবণের উচ্চ ঘনত্ব কার্বনের কঙ্কালকে ক্ষয় করে এবং বিপুল সংখ্যক ছিদ্র ভেঙে যায়।

পলিমার মিশ্রণের মাধ্যমে উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন সক্রিয় কার্বন প্রস্তুত করা হয়। এর পূর্বসূরীগুলো ছিল ফুরফুরাল রেজিন এবং ফুরফুরিল অ্যালকোহল, এবং ইথিলিন গ্লাইকল ছিল ছিদ্র-গঠনকারী উপাদান। তিনটি পলিমারের পরিমাণ সমন্বয় করে ছিদ্রের গঠন নিয়ন্ত্রণ করা হয়েছিল, এবং 0.008 থেকে 5 μm এর মধ্যে ছিদ্রযুক্ত একটি ছিদ্রযুক্ত উপাদান পাওয়া গিয়েছিল। কিছু গবেষক প্রমাণ করেছেন যে পলিউরেথেন-ইমাইড ফিল্ম (PUI) কার্বনাইজ করে কার্বন ফিল্ম তৈরি করা যায়, এবং পলিউরেথেন (PU) প্রিপলিমারের আণবিক গঠন পরিবর্তন করে ছিদ্রের গঠন নিয়ন্ত্রণ করা যায় [41]। যখন PUI-কে 200°C তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করা হয়, তখন PU এবং পলিইমাইড (PI) উৎপন্ন হয়। যখন তাপীয় প্রক্রিয়াকরণের তাপমাত্রা 400°C-এ পৌঁছায়, তখন PU পাইরোলাইসিসের ফলে গ্যাস উৎপন্ন হয়, যার ফলে PI ফিল্মের উপর একটি ছিদ্রের গঠন তৈরি হয়। কার্বনাইজেশনের পরে, একটি কার্বন ফিল্ম পাওয়া যায়। এছাড়াও, পলিমার মিশ্রণ পদ্ধতিটি উপাদানের কিছু ভৌত এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যকেও একটি নির্দিষ্ট পরিমাণে উন্নত করতে পারে।

 

অনুঘটক সক্রিয়করণ নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তি

অনুঘটকীয় সক্রিয়করণ নিয়ন্ত্রণ প্রযুক্তি আসলে রাসায়নিক সক্রিয়করণ পদ্ধতি এবং উচ্চ-তাপমাত্রার গ্যাস সক্রিয়করণ পদ্ধতির একটি সমন্বয়। সাধারণত, কাঁচামালের সাথে অনুঘটক হিসেবে রাসায়নিক পদার্থ যোগ করা হয় এবং এই অনুঘটকগুলো কার্বনাইজেশন বা সক্রিয়করণ প্রক্রিয়ায় সহায়তা করে ছিদ্রযুক্ত কার্বন উপাদান তৈরি করে। সাধারণভাবে, ধাতুগুলোর অনুঘটকীয় প্রভাব থাকে, কিন্তু এই প্রভাব বিভিন্ন রকম হয়।

প্রকৃতপক্ষে, ছিদ্রযুক্ত পদার্থের রাসায়নিক সক্রিয়করণ নিয়ন্ত্রণ এবং অনুঘটকীয় সক্রিয়করণ নিয়ন্ত্রণের মধ্যে সাধারণত কোনো সুস্পষ্ট সীমারেখা থাকে না। এর কারণ হলো, উভয় পদ্ধতিতেই কার্বনাইজেশন এবং সক্রিয়করণ প্রক্রিয়ার সময় বিকারক যোগ করা হয়। এই বিকারকগুলোর নির্দিষ্ট ভূমিকাই নির্ধারণ করে যে পদ্ধতিটি অনুঘটকীয় সক্রিয়করণের শ্রেণীতে অন্তর্ভুক্ত হবে কিনা।

ছিদ্রযুক্ত কার্বন পদার্থের নিজস্ব গঠন, অনুঘটকের ভৌত ও রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য, অনুঘটকীয় বিক্রিয়ার শর্ত এবং অনুঘটক লোডিং পদ্ধতি—এই সবকটিই নিয়ন্ত্রণ প্রভাবের উপর বিভিন্ন মাত্রার প্রভাব ফেলতে পারে। বিটুমিনাস কয়লাকে কাঁচামাল হিসেবে এবং Mn(N03)2 ও Cu(N03)2-কে অনুঘটক হিসেবে ব্যবহার করে ধাতব অক্সাইডযুক্ত ছিদ্রযুক্ত পদার্থ প্রস্তুত করা যায়। ধাতব অক্সাইডের উপযুক্ত পরিমাণ ছিদ্রতা এবং ছিদ্রের আয়তন উন্নত করতে পারে, কিন্তু বিভিন্ন ধাতুর অনুঘটকীয় প্রভাব সামান্য ভিন্ন হয়। Cu(N03)2 1.5~2.0 nm পরিসরের ছিদ্রের বিকাশকে ত্বরান্বিত করতে পারে। এছাড়াও, কাঁচামালের ছাইয়ে থাকা ধাতব অক্সাইড এবং অজৈব লবণও সক্রিয়করণ প্রক্রিয়ায় অনুঘটকীয় ভূমিকা পালন করবে। Xie Qiang এবং অন্যান্যরা [42] বিশ্বাস করতেন যে অজৈব পদার্থে থাকা ক্যালসিয়াম এবং আয়রনের মতো মৌলগুলির অনুঘটকীয় সক্রিয়করণ বিক্রিয়া ছিদ্রের বিকাশকে ত্বরান্বিত করতে পারে। যখন এই দুটি মৌলের পরিমাণ খুব বেশি হয়, তখন উৎপাদনে মাঝারি এবং বড় ছিদ্রের অনুপাত উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়।

 

উপসংহার

যদিও অ্যাক্টিভেটেড কার্বন, সর্বাধিক ব্যবহৃত সবুজ ছিদ্রযুক্ত কার্বন উপাদান হিসেবে, শিল্প ও জীবনে একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করেছে, তবুও কাঁচামালের সম্প্রসারণ, খরচ কমানো, গুণগত মান উন্নয়ন, শক্তি বৃদ্ধি, আয়ুষ্কাল বৃদ্ধি এবং শক্তি বৃদ্ধির ক্ষেত্রে এর উন্নতির ব্যাপক সম্ভাবনা রয়েছে। উচ্চ-মানের ও সস্তা অ্যাক্টিভেটেড কার্বনের কাঁচামাল খুঁজে বের করা, পরিবেশবান্ধব ও কার্যকর অ্যাক্টিভেটেড কার্বন উৎপাদন প্রযুক্তির বিকাশ ঘটানো এবং বিভিন্ন প্রয়োগক্ষেত্র অনুযায়ী অ্যাক্টিভেটেড কার্বনের ছিদ্র কাঠামোকে অনুকূল ও নিয়ন্ত্রিত করা—এগুলো অ্যাক্টিভেটেড কার্বন পণ্যের মানোন্নয়ন এবং অ্যাক্টিভেটেড কার্বন শিল্পের উন্নত উন্নয়নকে ত্বরান্বিত করার জন্য একটি গুরুত্বপূর্ণ দিক হবে।