Ottimizazione di a struttura di i pori di carbone poroso-Ⅰ

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Questu articulu analizeghja u mercatu attuale di u carbone attivatu, cunduce un'analisi approfondita di e materie prime di u carbone attivatu, introduce i metudi di caratterizazione di a struttura di i pori, i metudi di pruduzzione, i fattori d'influenza è u prugressu di l'applicazione di u carbone attivatu, è esamina i risultati di a ricerca di a tecnulugia d'ottimizazione di a struttura di i pori di u carbone attivatu, cù l'obiettivu di prumove u carbone attivatu per ghjucà un rolu più impurtante in l'applicazione di e tecnulugie verdi è à bassu carbone.

 

Preparazione di carbone attivatu

In generale, a preparazione di u carbone attivatu hè divisa in duie tappe: carbonizazione è attivazione.

 

Prucessu di carbonizazione

A carbonizazione si riferisce à u prucessu di riscaldamentu di u carbone crudu à alta temperatura sottu a prutezzione di gas inerte per decompone a so materia volatile è ottene prudutti carbonizzati intermedi. A carbonizazione pò ottene l'ubbiettivu previstu aghjustendu i parametri di u prucessu. Studi anu dimustratu chì a temperatura d'attivazione hè un parametru chjave di u prucessu chì affetta e proprietà di carbonizazione. Jie Qiang et al. anu studiatu l'effettu di a velocità di riscaldamentu di a carbonizazione nantu à e prestazioni di u carbone attivatu in un fornu à muffola è anu trovu chì una velocità più bassa aiuta à migliurà u rendimentu di i materiali carbonizzati è à pruduce materiali di alta qualità.

 

Prucessu d'attivazione

A carbonizazione pò fà chì e materie prime forminu una struttura microcristallina simile à a grafite è generà una struttura di pori primaria. Tuttavia, sti pori sò disordinati o bluccati è chjusi da altre sustanze, risultendu in una piccula superficia specifica è richiedendu una ulteriore attivazione. L'attivazione hè u prucessu di arricchimentu ulteriore di a struttura di i pori di u pruduttu carbonizatu, chì hè principalmente realizatu per mezu di a reazione chimica trà l'attivatore è a materia prima: pò prumove a furmazione di una struttura microcristallina porosa.

L'attivazione passa principalmente per trè tappe in u prucessu di arricchimentu di i pori di u materiale:
(1) Apertura di i pori chjusi uriginariamente (attraversu i pori);
(2) Allargamentu di i pori originali (espansione di i pori);
(3) Furmazione di novi pori (creazione di pori);

Questi trè effetti ùn sò micca realizati soli, ma si verificanu simultaneamente è in sinergia. In generale, i pori attraversu è a creazione di pori sò favurevuli à l'aumentu di u numeru di pori, in particulare micropori, chì hè beneficu per a preparazione di materiali porosi cù alta porosità è grande superficia specifica, mentre chì l'eccessiva espansione di i pori farà chì i pori si fundinu è si cunnettinu, cunvertendu i micropori in pori più grandi. Dunque, per ottene materiali di carbone attivatu cù pori sviluppati è grande superficia specifica, hè necessariu evità l'eccessiva attivazione. I metudi di attivazione di carbone attivatu cumunimenti usati includenu u metudu chimicu, u metudu fisicu è u metudu fisicochimicu.

 

Metudu d'attivazione chimica

U metudu d'attivazione chimica si riferisce à un metudu d'aghjunghje reagenti chimichi à e materie prime, è dopu riscaldalli introducendu gas protettivi cum'è N2 è Ar in un fornu di riscaldamentu per carbonizà è attivà à u listessu tempu. L'attivatori cumunemente usati sò generalmente NaOH, KOH è H3P04. U metudu d'attivazione chimica hà i vantaghji di una bassa temperatura d'attivazione è di un altu rendimentu, ma hà ancu prublemi cum'è una grande corrosione, difficultà à rimuovere i reagenti superficiali è un seriu inquinamentu ambientale.

 

Metudu d'attivazione fisica

U metudu d'attivazione fisica si riferisce à a carbonizazione di e materie prime direttamente in u fornu, è dopu à a reazione cù gasi cum'è CO2 è H20 introdutti à alta temperatura per ottene u scopu di aumentà i pori è di espande i pori, ma u metudu d'attivazione fisica hà una scarsa cuntrollabilità di a struttura di i pori. Trà questi, u CO2 hè largamente utilizatu in a preparazione di carbone attivatu perchè hè pulitu, faciule d'ottene è à bassu costu. Aduprate a guscia di noce di coccu carbonizzata cum'è materia prima è attivatela cù CO2 per preparà carbone attivatu cù micropori sviluppati, cù una superficia specifica è un vulume tutale di pori di 1653 m2·g-1 è 0,1045 cm3·g-1, rispettivamente. A prestazione hà righjuntu u standard d'usu di carbone attivatu per condensatori à doppiu stratu.

Attivate a petra di nespola cù CO2 per preparà u carbone super attivatu, dopu l'attivazione à 1100 ℃ per 30 minuti, a superficia specifica è u vulume tutale di i pori anu righjuntu rispettivamente 3500 m2·g-1 è 1,84 cm3·g-1. Aduprate CO2 per realizà l'attivazione secundaria nantu à u carbone attivatu cummerciale di gusciu di coccu. Dopu l'attivazione, i micropori di u pruduttu finitu sò stati ristretti, u vulume di i micropori hè aumentatu da 0,21 cm3·g-1 à 0,27 cm3·g-1, a superficia specifica hè aumentata da 627,22 m2·g-1 à 822,71 m2·g-1, è a capacità di adsorbimentu di u fenolu hè aumentata di 23,77%.

Altri studiosi anu studiatu i principali fattori di cuntrollu di u prucessu d'attivazione di u CO2. Mohammad et al. [21] anu trovu chì a temperatura hè u principale fattore d'influenza quandu u CO2 hè adupratu per attivà a segatura di gomma. A superficia specifica, u vulume di i pori è a microporosità di u pruduttu finitu sò prima aumentati è dopu diminuiti cù l'aumentu di a temperatura. Cheng Song et al. [22] anu utilizatu a metodologia di a superficia di risposta per analizà u prucessu d'attivazione di u CO2 di i gusci di noci di macadamia. I risultati anu dimustratu chì a temperatura d'attivazione è u tempu d'attivazione anu a più grande influenza nantu à u sviluppu di micropori di carbone attivatu.