Optimització de l'estructura de porus de carboni porós -Ⅱ

Benvinguts al nostre lloc web per a informació i consultes sobre productes.

El nostre lloc web:https://www.vet-china.com/

 

Mètode d'activació física i química

El mètode d'activació física i química fa referència al mètode de preparació de materials porosos combinant els dos mètodes d'activació anteriors. Generalment, primer es realitza l'activació química i després l'activació física. Primer, submergiu la cel·lulosa en una solució d'H3PO4 al 68%~85% a 85 ℃ durant 2 h, després la carbonitzeu en un forn de mufla durant 4 h i després l'activeu amb CO2. La superfície específica del carbó activat obtingut va ser de fins a 3700 m2·g-1. Intenteu utilitzar fibra de sisal com a matèria primera i activeu la fibra de carbó activat (ACF) obtinguda mitjançant l'activació d'H3PO4 una vegada, escalfeu-la a 830 ℃ sota protecció de N2 i després utilitzeu vapor d'aigua com a activador per a l'activació secundària. La superfície específica de l'ACF obtinguda després de 60 minuts d'activació va millorar significativament.

 

Caracterització del rendiment de l'estructura porosa dels activatscarboni

 
Els mètodes de caracterització del rendiment del carbó activat més utilitzats i les instruccions d'aplicació es mostren a la Taula 2. Les característiques de l'estructura dels porus del material es poden provar des de dos aspectes: l'anàlisi de dades i l'anàlisi d'imatges.

 

Progrés de la investigació de la tecnologia d'optimització de l'estructura dels porus del carbó activat

Tot i que el carbó activat té porus rics i una gran superfície específica, té un rendiment excel·lent en molts camps. Tanmateix, a causa de la seva àmplia selectivitat de matèries primeres i les complexes condicions de preparació, els productes acabats generalment presenten els desavantatges d'una estructura de porus caòtica, una superfície específica diferent, una distribució desordenada de la mida dels porus i propietats químiques superficials limitades. Per tant, hi ha desavantatges com ara una dosi elevada i una adaptabilitat estreta en el procés d'aplicació, que no poden satisfer els requisits del mercat. Per tant, és de gran importància pràctica optimitzar i regular l'estructura i millorar el seu rendiment d'utilització integral. Els mètodes més utilitzats per optimitzar i regular l'estructura dels porus inclouen la regulació química, la barreja de polímers i la regulació de l'activació catalítica.

 

Tecnologia de regulació química

La tecnologia de regulació química es refereix al procés d'activació secundària (modificació) de materials porosos obtinguts després de l'activació amb reactius químics, erosionant els porus originals, expandint els microporus o creant-ne de nous per augmentar la superfície específica i l'estructura dels porus del material. En general, el producte acabat d'una activació s'immergeix generalment en 0,5~4 vegades de solució química per regular l'estructura dels porus i augmentar la superfície específica. Es poden utilitzar tot tipus de solucions àcides i alcalines com a reactius per a l'activació secundària.

 

Tecnologia de modificació de l'oxidació superficial àcida

La modificació de l'oxidació àcida de la superfície és un mètode de regulació d'ús comú. A una temperatura adequada, els oxidants àcids poden enriquir els porus dins del carbó activat, millorar-ne la mida dels porus i dragar els porus bloquejats. Actualment, la recerca nacional i estrangera se centra principalment en la modificació d'àcids inorgànics. L'HN03 és un oxidant d'ús comú i molts estudiosos utilitzen l'HN03 per modificar el carbó activat. Tong Li et al. [28] van trobar que l'HN03 pot augmentar el contingut de grups funcionals que contenen oxigen i nitrogen a la superfície del carbó activat i millorar l'efecte d'adsorció del mercuri.

Modificant el carbó activat amb HN03, després de la modificació, la superfície específica del carbó activat va disminuir de 652 m2·g-1 a 241 m2·g-1, la mida mitjana dels porus va augmentar d'1,27 nm a 1,641 nm i la capacitat d'adsorció de benzofenona en gasolina simulada va augmentar un 33,7%. Modificant el carbó activat de fusta amb una concentració volumètrica del 10% i del 70% d'HN03, respectivament. Els resultats mostren que la superfície específica del carbó activat modificat amb un 10% d'HN03 va augmentar de 925,45 m2·g-1 a 960,52 m2·g-1; després de la modificació amb un 70% d'HN03, la superfície específica va disminuir a 935,89 m2·g-1. Les taxes d'eliminació de Cu2+ mitjançant carbó activat modificat amb dues concentracions d'HN03 van ser superiors al 70% i al 90%, respectivament.

Per al carbó activat utilitzat en el camp de l'adsorció, l'efecte d'adsorció no només depèn de l'estructura dels porus, sinó també de les propietats químiques superficials de l'adsorbent. L'estructura dels porus determina la superfície específica i la capacitat d'adsorció del carbó activat, mentre que les propietats químiques superficials afecten la interacció entre el carbó activat i l'adsorbat. Finalment, es va descobrir que la modificació àcida del carbó activat no només pot ajustar l'estructura dels porus dins del carbó activat i netejar els porus bloquejats, sinó que també pot augmentar el contingut de grups àcids a la superfície del material i millorar la polaritat i la hidrofilicitat de la superfície. La capacitat d'adsorció de l'EDTA mitjançant carbó activat modificat amb HCI va augmentar un 49,5% en comparació amb la d'abans de la modificació, cosa que va ser millor que la de la modificació amb HNO3.

Carbó activat comercial modificat amb HNO3 i H2O2 respectivament! Les superfícies específiques després de la modificació van ser del 91,3% i el 80,8% de les anteriors a la modificació, respectivament. Es van afegir nous grups funcionals que contenen oxigen, com ara carboxil, carbonil i fenol, a la superfície. La capacitat d'adsorció del nitrobenzè mitjançant la modificació amb HNO3 va ser la millor, 3,3 vegades superior a la d'abans de la modificació. Es va constatar que l'augment del contingut de grups funcionals que contenen oxigen en el carbó activat després de la modificació amb àcid va conduir a un augment del nombre de punts tensioactius, cosa que va tenir un efecte directe en la millora de la capacitat d'adsorció de l'adsorbat objectiu.

En comparació amb els àcids inorgànics, hi ha pocs informes sobre la modificació d'àcids orgànics del carbó activat. Compareu els efectes de la modificació d'àcids orgànics sobre les propietats de l'estructura dels porus del carbó activat i l'adsorció de metanol. Després de la modificació, la superfície específica i el volum total dels porus del carbó activat van disminuir. Com més forta era l'acidesa, més gran era la disminució. Després de la modificació amb àcid oxàlic, àcid tartàric i àcid cítric, la superfície específica del carbó activat va disminuir de 898,59 m2·g-1 a 788,03 m2·g-1, 685,16 m2·g-1 i 622,98 m2·g-1 respectivament. No obstant això, la microporositat del carbó activat va augmentar després de la modificació. La microporositat del carbó activat modificat amb àcid cítric va augmentar del 75,9% al 81,5%.

La modificació amb àcid oxàlic i àcid tartàric és beneficiosa per a l'adsorció de metanol, mentre que l'àcid cítric té un efecte inhibidor. Tanmateix, J. Paul Chen et al. [35] van descobrir que el carbó activat modificat amb àcid cítric pot millorar l'adsorció d'ions de coure. Lin Tang et al. [36] van modificar el carbó activat comercial amb àcid fòrmic, àcid oxàlic i àcid aminosulfònic. Després de la modificació, es van reduir la superfície específica i el volum dels porus. Es van formar grups funcionals que contenen oxigen com ara 0-HC-0, C-0 i S=0 a la superfície del producte acabat, i van aparèixer canals gravats desiguals i cristalls blancs. La capacitat d'adsorció d'equilibri de l'acetona i l'isopropanol també va augmentar significativament.

 

Tecnologia de modificació de solucions alcalines

Alguns estudiosos també van utilitzar una solució alcalina per realitzar una activació secundària del carbó activat. Impregneu carbó activat casolà a base de carbó amb una solució de Na₂H de diferents concentracions per controlar l'estructura dels porus. Els resultats van mostrar que una concentració d'alcali més baixa afavoria l'augment i l'expansió dels porus. El millor efecte es va aconseguir quan la concentració en massa era del 20%. El carbó activat tenia la superfície específica més alta (681 m²·g-1) i el volum de porus (0,5916 cm³·g-1). Quan la concentració en massa de Na₂H supera el 20%, l'estructura dels porus del carbó activat es destrueix i els paràmetres de l'estructura dels porus comencen a disminuir. Això es deu al fet que l'alta concentració de la solució de Na₂H corroirà l'esquelet de carboni i un gran nombre de porus es col·lapsaran.

Preparació de carbó activat d'alt rendiment mitjançant la barreja de polímers. Els precursors van ser la resina de furfural i l'alcohol furfurílic, i l'etilenglicol va ser l'agent formador de porus. L'estructura dels porus es va controlar ajustant el contingut dels tres polímers, i es va obtenir un material porós amb una mida de porus entre 0,008 i 5 μm. Alguns estudiosos han demostrat que la pel·lícula de poliuretà-imida (PUI) es pot carbonitzar per obtenir una pel·lícula de carboni, i l'estructura dels porus es pot controlar canviant l'estructura molecular del prepolímer de poliuretà (PU) [41]. Quan el PUI s'escalfa a 200 °C, es genera PU i poliimida (PI). Quan la temperatura del tractament tèrmic augmenta a 400 °C, la piròlisi de PU produeix gas, cosa que provoca la formació d'una estructura de porus a la pel·lícula de PI. Després de la carbonització, s'obté una pel·lícula de carboni. A més, el mètode de barreja de polímers també pot millorar algunes propietats físiques i mecàniques del material fins a cert punt.

 

Tecnologia de regulació de l'activació catalítica

La tecnologia de regulació de l'activació catalítica és en realitat una combinació del mètode d'activació química i el mètode d'activació de gas a alta temperatura. Generalment, s'afegeixen substàncies químiques a les matèries primeres com a catalitzadors, i els catalitzadors s'utilitzen per ajudar al procés de carbonització o activació per obtenir materials de carboni porosos. En general, els metalls solen tenir efectes catalítics, però els efectes catalítics varien.

De fet, normalment no hi ha una frontera òbvia entre la regulació per activació química i la regulació per activació catalítica de materials porosos. Això és degut a que ambdós mètodes afegeixen reactius durant el procés de carbonització i activació. El paper específic d'aquests reactius determina si el mètode pertany a la categoria d'activació catalítica.

L'estructura del material de carboni porós en si, les propietats físiques i químiques del catalitzador, les condicions de reacció catalítica i el mètode de càrrega del catalitzador poden tenir diferents graus d'influència en l'efecte de regulació. Utilitzant carbó bituminós com a matèria primera, el Mn(N03)2 i el Cu(N03)2 com a catalitzadors poden preparar materials porosos que contenen òxids metàl·lics. La quantitat adequada d'òxids metàl·lics pot millorar la porositat i el volum dels porus, però els efectes catalítics dels diferents metalls són lleugerament diferents. El Cu(N03)2 pot promoure el desenvolupament de porus en el rang d'1,5~2,0 nm. A més, els òxids metàl·lics i les sals inorgàniques contingudes a les cendres de la matèria primera també tindran un paper catalític en el procés d'activació. Xie Qiang et al. [42] creien que la reacció d'activació catalítica d'elements com el calci i el ferro en la matèria inorgànica pot promoure el desenvolupament de porus. Quan el contingut d'aquests dos elements és massa alt, la proporció de porus mitjans i grans en el producte augmenta significativament.

 

Conclusió

Tot i que el carbó activat, com a material de carboni porós verd més utilitzat, ha jugat un paper important en la indústria i la vida, encara té un gran potencial de millora en l'expansió de matèries primeres, la reducció de costos, la millora de la qualitat, la millora de l'energia, l'allargament de la vida útil i la millora de la resistència. Trobar matèries primeres de carbó activat d'alta qualitat i barates, desenvolupar una tecnologia de producció de carbó activat neta i eficient, i optimitzar i regular l'estructura dels porus del carbó activat segons els diferents camps d'aplicació serà una direcció important per millorar la qualitat dels productes de carbó activat i promoure el desenvolupament d'alta qualitat de la indústria del carbó activat.