Vítejte na našich webových stránkách, kde najdete informace o produktech a konzultace.
Naše webové stránky:https://www.vet-china.com/
Metoda fyzikální a chemické aktivace
Fyzikálně-chemická aktivační metoda označuje metodu přípravy porézních materiálů kombinací výše uvedených dvou aktivačních metod. Obecně se nejprve provede chemická aktivace a poté fyzikální aktivace. Nejprve se celulóza namočí do 68% až 85% roztoku H3PO4 při teplotě 85 °C po dobu 2 hodin, poté se karbonizuje v muflové peci po dobu 4 hodin a následně se aktivuje CO2. Měrný povrch získaného aktivního uhlí dosáhl až 3700 m2·g-1. Jako surovina se pokusí použít sisalové vlákno a aktivní uhlí (ACF) získané aktivací H3PO4 se aktivuje jednou, zahřeje se na 830 °C pod ochranou N2 a poté se jako aktivátor použije vodní pára pro sekundární aktivaci. Měrný povrch ACF získaný po 60 minutách aktivace se výrazně zlepší.
Charakterizace vlastností pórové struktury aktivovaných materiálůuhlík
Běžně používané metody charakterizace výkonu aktivního uhlí a pokyny k jeho použití jsou uvedeny v tabulce 2. Charakteristiky pórovité struktury materiálu lze testovat ze dvou hledisek: analýzou dat a analýzou obrazu.
Výzkumný pokrok technologie optimalizace struktury pórů aktivního uhlí
Přestože má aktivní uhlí bohaté póry a obrovský specifický povrch, má vynikající vlastnosti v mnoha oblastech. Vzhledem k široké selektivitě surovin a složitým podmínkám přípravy však mají hotové produkty obecně nevýhody v podobě chaotické struktury pórů, různého specifického povrchu, neuspořádaného rozložení velikosti pórů a omezených chemických vlastností povrchu. Proto existují nevýhody, jako je velké dávkování a úzká adaptabilita v aplikačním procesu, které nemohou splnit požadavky trhu. Proto má velký praktický význam optimalizovat a regulovat strukturu a zlepšit její komplexní využití. Mezi běžně používané metody pro optimalizaci a regulaci struktury pórů patří chemická regulace, míchání polymerů a regulace katalytické aktivace.
Technologie chemické regulace
Technologie chemické regulace označuje proces sekundární aktivace (modifikace) porézních materiálů získaných po aktivaci chemickými činidly, který vede k erozi původních pórů, rozšíření mikropórů nebo dalšímu vytváření nových mikropórů za účelem zvětšení specifického povrchu a struktury pórů materiálu. Obecně řečeno, hotový produkt po jedné aktivaci se obvykle ponoří do 0,5 až 4násobného chemického roztoku za účelem regulace struktury pórů a zvětšení specifického povrchu. Jako činidla pro sekundární aktivaci lze použít všechny druhy kyselých a alkalických roztoků.
Technologie modifikace povrchu kyselou oxidací
Modifikace povrchu kyselou oxidací je běžně používaná regulační metoda. Při vhodné teplotě mohou kyselé oxidační činidla obohatit póry uvnitř aktivního uhlí, zlepšit jeho velikost a vyčistit ucpané póry. V současné době se domácí i zahraniční výzkum zaměřuje především na modifikaci anorganických kyselin. HN03 je běžně používané oxidační činidlo a mnoho vědců používá HN03 k modifikaci aktivního uhlí. Tong Li a kol. [28] zjistili, že HN03 může zvýšit obsah funkčních skupin obsahujících kyslík a dusík na povrchu aktivního uhlí a zlepšit adsorpční účinek rtuti.
Modifikace aktivního uhlí pomocí HN03: specifický povrch aktivního uhlí se snížil z 652 m²·g-1 na 241 m²·g-1, průměrná velikost pórů se zvýšila z 1,27 nm na 1,641 nm a adsorpční kapacita benzofenonu v simulovaném benzínu se zvýšila o 33,7 %. Modifikace dřevěného aktivního uhlí 10% a 70% objemovou koncentrací HN03. Výsledky ukazují, že specifický povrch aktivního uhlí modifikovaného 10% HN03 se zvýšil z 925,45 m²·g-1 na 960,52 m²·g-1; po modifikaci 70% HN03 se specifický povrch snížil na 935,89 m²·g-1. Míra odstranění Cu2+ aktivním uhlím modifikovaným dvěma koncentracemi HN03 byla vyšší než 70 %, respektive 90 %.
U aktivního uhlí používaného v oblasti adsorpce závisí adsorpční účinek nejen na struktuře pórů, ale také na chemických vlastnostech povrchu adsorbentu. Struktura pórů určuje specifický povrch a adsorpční kapacitu aktivního uhlí, zatímco chemické vlastnosti povrchu ovlivňují interakci mezi aktivním uhlím a adsorbátem. Nakonec bylo zjištěno, že kyselá modifikace aktivního uhlí může nejen upravit strukturu pórů uvnitř aktivního uhlí a vyčistit ucpané póry, ale také zvýšit obsah kyselých skupin na povrchu materiálu a zvýšit polaritu a hydrofilnost povrchu. Adsorpční kapacita EDTA aktivním uhlím modifikovaným HCl se zvýšila o 49,5 % ve srovnání s před modifikací, což bylo lepší než u modifikace HNO3.
Modifikované komerční aktivní uhlí s HNO3 a H2O2! Měrný povrch po modifikaci byl 91,3 %, respektive 80,8 % povrchu před modifikací. Na povrch byly přidány nové funkční skupiny obsahující kyslík, jako je karboxylová skupina, karbonylová skupina a fenolová skupina. Adsorpční kapacita nitrobenzenu modifikací HNO3 byla nejlepší, a to 3,3krát více než před modifikací. Bylo zjištěno, že zvýšení obsahu funkčních skupin obsahujících kyslík v aktivním uhlí po kyselé modifikaci vedlo ke zvýšení počtu povrchově aktivních bodů, což mělo přímý vliv na zlepšení adsorpční kapacity cílového adsorbátu.
Ve srovnání s anorganickými kyselinami existuje jen málo zpráv o modifikaci aktivního uhlí organickými kyselinami. Porovnejte vliv modifikace organickými kyselinami na vlastnosti pórové struktury aktivního uhlí a adsorpci methanolu. Po modifikaci se specifický povrch a celkový objem pórů aktivního uhlí snížily. Čím silnější byla kyselost, tím větší byl pokles. Po modifikaci kyselinou šťavelovou, kyselinou vinnou a kyselinou citronovou se specifický povrch aktivního uhlí snížil z 898,59 m²·g-1 na 788,03 m²·g-1, 685,16 m²·g-1 a 622,98 m²·g-1. Mikroporozita aktivního uhlí se však po modifikaci zvýšila. Mikroporozita aktivního uhlí modifikovaného kyselinou citronovou se zvýšila ze 75,9 % na 81,5 %.
Modifikace kyselinou šťavelovou a kyselinou vinnou je prospěšná pro adsorpci methanolu, zatímco kyselina citronová má inhibiční účinek. J. Paul Chen a kol. [35] však zjistili, že aktivní uhlí modifikované kyselinou citronovou může zvýšit adsorpci iontů mědi. Lin Tang a kol. [36] modifikovali komerční aktivní uhlí kyselinou mravenčí, kyselinou šťavelovou a kyselinou aminosulfonovou. Po modifikaci se snížil specifický povrch a objem pórů. Na povrchu hotového produktu se vytvořily funkční skupiny obsahující kyslík, jako je 0-HC-0, C-0 a S=0, a objevily se nerovnoměrně leptané kanálky a bílé krystaly. Rovnovážná adsorpční kapacita acetonu a isopropanolu se také významně zvýšila.
Technologie modifikace alkalických roztoků
Někteří vědci také použili alkalický roztok k provedení sekundární aktivace aktivního uhlí. Domácí aktivní uhlí na bázi uhlí bylo impregnováno roztokem NaOH o různých koncentracích pro kontrolu struktury pórů. Výsledky ukázaly, že nižší koncentrace alkálie vedla ke zvětšení a expanzi pórů. Nejlepšího účinku bylo dosaženo při hmotnostní koncentraci 20 %. Aktivní uhlí mělo nejvyšší specifický povrch (681 m²·g-1) a objem pórů (0,5916 cm³·g-1). Když hmotnostní koncentrace NaOH překročí 20 %, pórovitá struktura aktivního uhlí se naruší a parametry struktury pórů se začnou snižovat. Je to proto, že vysoká koncentrace roztoku NaOH koroduje uhlíkovou kostru a velké množství pórů se zhroutí.
Příprava vysoce výkonného aktivního uhlí mícháním polymerů. Prekurzory byly furfuralová pryskyřice a furfurylalkohol a ethylenglykol jako pórotvorné činidlo. Struktura pórů byla řízena úpravou obsahu těchto tří polymerů a byl získán porézní materiál s velikostí pórů mezi 0,008 a 5 μm. Někteří vědci prokázali, že polyuretanimidový film (PUI) lze karbonizovat za účelem získání uhlíkového filmu a strukturu pórů lze řídit změnou molekulární struktury polyuretanového (PU) prepolymeru [41]. Při zahřátí PUI na 200 °C se vytvoří PU a polyimid (PI). Když teplota tepelného zpracování stoupne na 400 °C, pyrolýza PU produkuje plyn, což vede k tvorbě pórovité struktury na PI filmu. Po karbonizaci se získá uhlíkový film. Kromě toho může metoda míchání polymerů do určité míry zlepšit některé fyzikální a mechanické vlastnosti materiálu.
Technologie regulace katalytické aktivace
Technologie katalytické aktivace a regulace je ve skutečnosti kombinací metody chemické aktivace a metody aktivace plynem za vysokých teplot. Obecně se do surovin přidávají chemické látky jako katalyzátory a katalyzátory se používají k podpoře procesu karbonizace nebo aktivace za účelem získání porézních uhlíkových materiálů. Obecně řečeno, kovy mají katalytické účinky, ale tyto účinky se liší.
Ve skutečnosti obvykle neexistuje žádná zřejmá hranice mezi regulací chemické aktivace a regulací katalytické aktivace porézních materiálů. Je to proto, že obě metody přidávají činidla během procesu karbonizace a aktivace. Specifická role těchto činidel určuje, zda metoda patří do kategorie katalytické aktivace.
Struktura samotného porézního uhlíkového materiálu, fyzikální a chemické vlastnosti katalyzátoru, podmínky katalytické reakce a metoda plnění katalyzátoru mohou mít různý stupeň vlivu na regulační účinek. Použití černého uhlí jako suroviny, Mn(N03)2 a Cu(N03)2 jako katalyzátorů může připravit porézní materiály obsahující oxidy kovů. Vhodné množství oxidů kovů může zlepšit pórovitost a objem pórů, ale katalytické účinky různých kovů se mírně liší. Cu(N03)2 může podporovat rozvoj pórů v rozmezí 1,5~2,0 nm. Kromě toho oxidy kovů a anorganické soli obsažené v popelu suroviny hrají v aktivačním procesu katalytickou roli. Xie Qiang a kol. [42] se domnívali, že katalytická aktivační reakce prvků, jako je vápník a železo, v anorganické hmotě může podporovat rozvoj pórů. Pokud je obsah těchto dvou prvků příliš vysoký, podíl středních a velkých pórů v produktu se výrazně zvyšuje.
Závěr
Přestože aktivní uhlí jako nejpoužívanější zelený porézní uhlíkový materiál hraje důležitou roli v průmyslu a životě, stále má velký potenciál pro zlepšení v oblasti rozšiřování surovin, snižování nákladů, zlepšování kvality, zvyšování spotřeby energie, prodlužování životnosti a zlepšování pevnosti. Nalezení vysoce kvalitních a levných surovin pro aktivní uhlí, vývoj čistých a efektivních technologií výroby aktivního uhlí a optimalizace a regulace pórovité struktury aktivního uhlí podle různých oblastí použití bude důležitým směrem pro zlepšení kvality produktů s aktivním uhlím a podporu vysoce kvalitního rozvoje odvětví aktivního uhlí.
Čas zveřejnění: 27. srpna 2024