Βελτιστοποίηση πορώδους δομής πόρων άνθρακα -Ⅱ

Καλώς ορίσατε στην ιστοσελίδα μας για πληροφορίες και συμβουλές σχετικά με τα προϊόντα.

Ο ιστότοπός μας:https://www.vet-china.com/

 

Μέθοδος φυσικής και χημικής ενεργοποίησης

Η μέθοδος φυσικής και χημικής ενεργοποίησης αναφέρεται στη μέθοδο παρασκευής πορωδών υλικών συνδυάζοντας τις δύο παραπάνω μεθόδους ενεργοποίησης. Γενικά, πρώτα πραγματοποιείται χημική ενεργοποίηση και στη συνέχεια φυσική ενεργοποίηση. Αρχικά, η κυτταρίνη εμβαπτίζεται σε διάλυμα H3PO4 68%~85% στους 85℃ για 2 ώρες, στη συνέχεια απανθρακώνεται σε κλίβανο για 4 ώρες και στη συνέχεια ενεργοποιείται με CO2. Η ειδική επιφάνεια του ενεργού άνθρακα που λαμβάνεται φτάνει τα 3700m2·g-1. Δοκιμάστηκε να χρησιμοποιηθεί ίνα σιζάλ ως πρώτη ύλη και ενεργοποιήθηκε η ίνα ενεργού άνθρακα (ACF) που λαμβάνεται με ενεργοποίηση H3PO4 μία φορά, θερμάνθηκε στους 830℃ υπό προστασία N2 και στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν υδρατμοί ως ενεργοποιητής για δευτερογενή ενεργοποίηση. Η ειδική επιφάνεια του ACF που λαμβάνεται μετά από 60 λεπτά ενεργοποίησης βελτιώθηκε σημαντικά.

 

Χαρακτηρισμός της απόδοσης της δομής πόρων του ενεργοποιημένουάνθρακας

 
Οι συνήθως χρησιμοποιούμενες μέθοδοι χαρακτηρισμού της απόδοσης του ενεργού άνθρακα και οι οδηγίες εφαρμογής παρουσιάζονται στον Πίνακα 2. Τα χαρακτηριστικά της δομής των πόρων του υλικού μπορούν να ελεγχθούν από δύο απόψεις: ανάλυση δεδομένων και ανάλυση εικόνας.

 

Πρόοδος έρευνας στην τεχνολογία βελτιστοποίησης της δομής πόρων του ενεργού άνθρακα

Αν και ο ενεργός άνθρακας έχει πλούσιους πόρους και τεράστια ειδική επιφάνεια, έχει εξαιρετική απόδοση σε πολλούς τομείς. Ωστόσο, λόγω της ευρείας επιλεκτικότητας ως προς την πρώτη ύλη και των πολύπλοκων συνθηκών παρασκευής, τα τελικά προϊόντα έχουν γενικά τα μειονεκτήματα της χαοτικής δομής πόρων, της διαφορετικής ειδικής επιφάνειας, της ακανόνιστης κατανομής μεγέθους πόρων και των περιορισμένων χημικών ιδιοτήτων της επιφάνειας. Επομένως, υπάρχουν μειονεκτήματα όπως η μεγάλη δοσολογία και η περιορισμένη προσαρμοστικότητα στη διαδικασία εφαρμογής, τα οποία δεν μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις της αγοράς. Επομένως, έχει μεγάλη πρακτική σημασία η βελτιστοποίηση και η ρύθμιση της δομής και η βελτίωση της συνολικής απόδοσης αξιοποίησής της. Οι συνήθως χρησιμοποιούμενες μέθοδοι για τη βελτιστοποίηση και τη ρύθμιση της δομής των πόρων περιλαμβάνουν τη χημική ρύθμιση, την ανάμειξη πολυμερών και τη ρύθμιση της καταλυτικής ενεργοποίησης.

 

Τεχνολογία χημικής ρύθμισης

Η τεχνολογία χημικής ρύθμισης αναφέρεται στη διαδικασία δευτερογενούς ενεργοποίησης (τροποποίησης) πορωδών υλικών που λαμβάνονται μετά από ενεργοποίηση με χημικά αντιδραστήρια, διαβρώνοντας τους αρχικούς πόρους, επεκτείνοντας τους μικροπόρους ή δημιουργώντας περαιτέρω νέους μικροπόρους για την αύξηση της ειδικής επιφάνειας και της δομής των πόρων του υλικού. Γενικά, το τελικό προϊόν μιας ενεργοποίησης βυθίζεται γενικά σε 0,5~4 φορές χημικό διάλυμα για να ρυθμιστεί η δομή των πόρων και να αυξηθεί η ειδική επιφάνεια. Όλα τα είδη όξινων και αλκαλικών διαλυμάτων μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αντιδραστήρια για δευτερογενή ενεργοποίηση.

 

Τεχνολογία τροποποίησης οξείδωσης επιφάνειας οξέος

Η τροποποίηση της οξείδωσης της επιφάνειας με οξύ είναι μια συνήθως χρησιμοποιούμενη μέθοδος ρύθμισης. Σε κατάλληλη θερμοκρασία, τα όξινα οξειδωτικά μπορούν να εμπλουτίσουν τους πόρους μέσα στον ενεργό άνθρακα, να βελτιώσουν το μέγεθος των πόρων του και να εκβαθύνουν τους φραγμένους πόρους. Προς το παρόν, η εγχώρια και ξένη έρευνα επικεντρώνεται κυρίως στην τροποποίηση ανόργανων οξέων. Το HN03 είναι ένα συνήθως χρησιμοποιούμενο οξειδωτικό και πολλοί μελετητές χρησιμοποιούν το HN03 για την τροποποίηση του ενεργού άνθρακα. Οι Tong Li et al. [28] διαπίστωσαν ότι το HN03 μπορεί να αυξήσει την περιεκτικότητα σε λειτουργικές ομάδες που περιέχουν οξυγόνο και άζωτο στην επιφάνεια του ενεργού άνθρακα και να βελτιώσει την προσροφητική δράση του υδραργύρου.

Τροποποιώντας τον ενεργό άνθρακα με HN03, μετά την τροποποίηση, η ειδική επιφάνεια του ενεργού άνθρακα μειώθηκε από 652m2·g-1 σε 241m2·g-1, το μέσο μέγεθος πόρων αυξήθηκε από 1,27nm σε 1,641nm και η ικανότητα προσρόφησης της βενζοφαινόνης στην προσομοιωμένη βενζίνη αυξήθηκε κατά 33,7%. Τροποποιώντας τον ενεργό άνθρακα ξύλου με συγκέντρωση HN03 10% και 70% κατ' όγκο, αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η ειδική επιφάνεια του ενεργού άνθρακα τροποποιημένου με 10% HN03 αυξήθηκε από 925,45m2·g-1 σε 960,52m2·g-1. μετά την τροποποίηση με 70% HN03, η ειδική επιφάνεια μειώθηκε σε 935,89m2·g-1. Οι ρυθμοί απομάκρυνσης Cu2+ από ενεργό άνθρακα τροποποιημένο με δύο συγκεντρώσεις HN03 ήταν πάνω από 70% και 90%, αντίστοιχα.

Για τον ενεργό άνθρακα που χρησιμοποιείται στο πεδίο προσρόφησης, το αποτέλεσμα της προσρόφησης εξαρτάται όχι μόνο από τη δομή των πόρων αλλά και από τις επιφανειακές χημικές ιδιότητες του προσροφητικού. Η δομή των πόρων καθορίζει την ειδική επιφάνεια και την ικανότητα προσρόφησης του ενεργού άνθρακα, ενώ οι επιφανειακές χημικές ιδιότητες επηρεάζουν την αλληλεπίδραση μεταξύ του ενεργού άνθρακα και του προσροφητικού. Τέλος, διαπιστώθηκε ότι η τροποποίηση του ενεργού άνθρακα με οξύ μπορεί όχι μόνο να ρυθμίσει τη δομή των πόρων μέσα στον ενεργό άνθρακα και να καθαρίσει τους φραγμένους πόρους, αλλά και να αυξήσει την περιεκτικότητα σε όξινες ομάδες στην επιφάνεια του υλικού και να ενισχύσει την πολικότητα και την υδροφιλικότητα της επιφάνειας. Η ικανότητα προσρόφησης του EDTA από ενεργό άνθρακα τροποποιημένο με HCI αυξήθηκε κατά 49,5% σε σύγκριση με εκείνη πριν από την τροποποίηση, η οποία ήταν καλύτερη από αυτή της τροποποίησης με HNO3.

Τροποποιημένος εμπορικός ενεργός άνθρακας με HNO3 και H2O2 αντίστοιχα! Οι ειδικές επιφάνειες μετά την τροποποίηση ήταν 91,3% και 80,8% εκείνων πριν από την τροποποίηση, αντίστοιχα. Νέες λειτουργικές ομάδες που περιέχουν οξυγόνο, όπως καρβοξύλιο, καρβονύλιο και φαινόλη, προστέθηκαν στην επιφάνεια. Η ικανότητα προσρόφησης του νιτροβενζολίου με τροποποίηση HNO3 ήταν η καλύτερη, η οποία ήταν 3,3 φορές μεγαλύτερη από ό,τι πριν από την τροποποίηση. Διαπιστώθηκε ότι η αύξηση της περιεκτικότητας σε λειτουργικές ομάδες που περιέχουν οξυγόνο στον ενεργό άνθρακα μετά την τροποποίηση με οξύ οδήγησε σε αύξηση του αριθμού των επιφανειοδραστικών σημείων, η οποία είχε άμεση επίδραση στη βελτίωση της ικανότητας προσρόφησης του προσροφητικού στόχου.

Σε σύγκριση με τα ανόργανα οξέα, υπάρχουν λίγες αναφορές σχετικά με την τροποποίηση του ενεργού άνθρακα με οργανικά οξέα. Συγκρίνετε τις επιδράσεις της τροποποίησης του οργανικού οξέος στις ιδιότητες της δομής των πόρων του ενεργού άνθρακα και στην προσρόφηση της μεθανόλης. Μετά την τροποποίηση, η ειδική επιφάνεια και ο συνολικός όγκος πόρων του ενεργού άνθρακα μειώθηκαν. Όσο ισχυρότερη είναι η οξύτητα, τόσο μεγαλύτερη είναι η μείωση. Μετά την τροποποίηση με οξαλικό οξύ, τρυγικό οξύ και κιτρικό οξύ, η ειδική επιφάνεια του ενεργού άνθρακα μειώθηκε από 898,59m2·g-1 σε 788,03m2·g-1, 685,16m2·g-1 και 622,98m2·g-1 αντίστοιχα. Ωστόσο, η μικροπορώδης φύση του ενεργού άνθρακα αυξήθηκε μετά την τροποποίηση. Η μικροπορώδης φύση του ενεργού άνθρακα που τροποποιήθηκε με κιτρικό οξύ αυξήθηκε από 75,9% σε 81,5%.

Η τροποποίηση με οξαλικό και τρυγικό οξύ είναι ευεργετική για την προσρόφηση της μεθανόλης, ενώ το κιτρικό οξύ έχει ανασταλτική δράση. Ωστόσο, οι J.Paul Chen et al. [35] διαπίστωσαν ότι ο ενεργός άνθρακας που τροποποιήθηκε με κιτρικό οξύ μπορεί να ενισχύσει την προσρόφηση ιόντων χαλκού. Οι Lin Tang et al. [36] τροποποίησαν τον εμπορικό ενεργό άνθρακα με μυρμηκικό οξύ, οξαλικό οξύ και αμινοσουλφονικό οξύ. Μετά την τροποποίηση, η ειδική επιφάνεια και ο όγκος των πόρων μειώθηκαν. Λειτουργικές ομάδες που περιέχουν οξυγόνο, όπως 0-HC-0, C-0 και S=0, σχηματίστηκαν στην επιφάνεια του τελικού προϊόντος και εμφανίστηκαν ανομοιόμορφα χαραγμένα κανάλια και λευκοί κρύσταλλοι. Η ικανότητα προσρόφησης ισορροπίας της ακετόνης και της ισοπροπανόλης αυξήθηκε επίσης σημαντικά.

 

Τεχνολογία τροποποίησης αλκαλικού διαλύματος

Μερικοί μελετητές χρησιμοποίησαν επίσης αλκαλικό διάλυμα για να πραγματοποιήσουν δευτερογενή ενεργοποίηση ενεργού άνθρακα. Εμποτίστε τον αυτοσχέδιο ενεργό άνθρακα με βάση τον άνθρακα με διάλυμα Na0H διαφορετικών συγκεντρώσεων για να ελέγξετε τη δομή των πόρων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι μια χαμηλότερη συγκέντρωση αλκαλίων ευνοούσε την αύξηση και τη διαστολή των πόρων. Το καλύτερο αποτέλεσμα επιτεύχθηκε όταν η συγκέντρωση μάζας ήταν 20%. Ο ενεργός άνθρακας είχε την υψηλότερη ειδική επιφάνεια (681m2·g-1) και όγκο πόρων (0,5916cm3·g-1). Όταν η συγκέντρωση μάζας Na0H υπερβαίνει το 20%, η δομή των πόρων του ενεργού άνθρακα καταστρέφεται και οι παράμετροι της δομής των πόρων αρχίζουν να μειώνονται. Αυτό συμβαίνει επειδή η υψηλή συγκέντρωση διαλύματος Na0H θα διαβρώσει τον σκελετό άνθρακα και ένας μεγάλος αριθμός πόρων θα καταρρεύσει.

Παρασκευή ενεργού άνθρακα υψηλής απόδοσης με ανάμειξη πολυμερών. Οι πρόδρομες ουσίες ήταν η ρητίνη φουρφουράλης και η φουρφουρυλική αλκοόλη, και η αιθυλενογλυκόλη ήταν ο παράγοντας σχηματισμού πόρων. Η δομή των πόρων ελέγχθηκε ρυθμίζοντας την περιεκτικότητα των τριών πολυμερών και ελήφθη ένα πορώδες υλικό με μέγεθος πόρων μεταξύ 0,008 και 5 μm. Μερικοί μελετητές έχουν αποδείξει ότι η μεμβράνη πολυουρεθάνης-ιμιδίου (PUI) μπορεί να ανθρακωθεί για να ληφθεί μεμβράνη άνθρακα, και η δομή των πόρων μπορεί να ελεγχθεί αλλάζοντας τη μοριακή δομή του προπολυμερούς πολυουρεθάνης (PU) [41]. Όταν η PUI θερμαίνεται στους 200°C, θα παραχθούν PU και πολυϊμίδιο (PI). Όταν η θερμοκρασία θερμικής επεξεργασίας αυξηθεί στους 400°C, η πυρόλυση PU παράγει αέριο, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό μιας δομής πόρων στην μεμβράνη PI. Μετά την ενανθράκωση, λαμβάνεται μια μεμβράνη άνθρακα. Επιπλέον, η μέθοδος ανάμειξης πολυμερών μπορεί επίσης να βελτιώσει ορισμένες φυσικές και μηχανικές ιδιότητες του υλικού σε κάποιο βαθμό.

 

Τεχνολογία ρύθμισης καταλυτικής ενεργοποίησης

Η τεχνολογία ρύθμισης της καταλυτικής ενεργοποίησης είναι στην πραγματικότητα ένας συνδυασμός μεθόδου χημικής ενεργοποίησης και μεθόδου ενεργοποίησης αερίου σε υψηλή θερμοκρασία. Γενικά, χημικές ουσίες προστίθενται στις πρώτες ύλες ως καταλύτες και οι καταλύτες χρησιμοποιούνται για να βοηθήσουν στη διαδικασία ενανθράκωσης ή ενεργοποίησης για την απόκτηση πορωδών υλικών άνθρακα. Γενικά, τα μέταλλα έχουν γενικά καταλυτικές επιδράσεις, αλλά οι καταλυτικές επιδράσεις ποικίλλουν.

Στην πραγματικότητα, συνήθως δεν υπάρχει προφανές όριο μεταξύ της ρύθμισης της χημικής ενεργοποίησης και της ρύθμισης της καταλυτικής ενεργοποίησης πορωδών υλικών. Αυτό συμβαίνει επειδή και οι δύο μέθοδοι προσθέτουν αντιδραστήρια κατά τη διάρκεια της διαδικασίας ενανθράκωσης και ενεργοποίησης. Ο συγκεκριμένος ρόλος αυτών των αντιδραστηρίων καθορίζει εάν η μέθοδος ανήκει στην κατηγορία της καταλυτικής ενεργοποίησης.

Η δομή του ίδιου του πορώδους ανθρακούχου υλικού, οι φυσικές και χημικές ιδιότητες του καταλύτη, οι συνθήκες καταλυτικής αντίδρασης και η μέθοδος φόρτωσης του καταλύτη μπορούν να έχουν διαφορετικούς βαθμούς επιρροής στο αποτέλεσμα ρύθμισης. Χρησιμοποιώντας ασφαλτούχο άνθρακα ως πρώτη ύλη, Mn(N03)2 και Cu(N03)2 ως καταλύτες, μπορούν να παρασκευαστούν πορώδη υλικά που περιέχουν οξείδια μετάλλων. Η κατάλληλη ποσότητα οξειδίων μετάλλων μπορεί να βελτιώσει το πορώδες και τον όγκο των πόρων, αλλά οι καταλυτικές επιδράσεις διαφορετικών μετάλλων είναι ελαφρώς διαφορετικές. Το Cu(N03)2 μπορεί να προωθήσει την ανάπτυξη πόρων στην περιοχή των 1,5~2,0nm. Επιπλέον, τα οξείδια μετάλλων και τα ανόργανα άλατα που περιέχονται στην τέφρα της πρώτης ύλης θα παίξουν επίσης καταλυτικό ρόλο στη διαδικασία ενεργοποίησης. Οι Xie ​​Qiang et al. [42] πίστευαν ότι η αντίδραση καταλυτικής ενεργοποίησης στοιχείων όπως το ασβέστιο και ο σίδηρος σε ανόργανη ύλη μπορεί να προωθήσει την ανάπτυξη πόρων. Όταν η περιεκτικότητα αυτών των δύο στοιχείων είναι πολύ υψηλή, η αναλογία μεσαίων και μεγάλων πόρων στο προϊόν αυξάνεται σημαντικά.

 

Σύναψη

Παρόλο που ο ενεργός άνθρακας, ως το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο πράσινο πορώδες υλικό άνθρακα, έχει διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στη βιομηχανία και τη ζωή, εξακολουθεί να έχει μεγάλο δυναμικό βελτίωσης στην επέκταση των πρώτων υλών, τη μείωση του κόστους, τη βελτίωση της ποιότητας, τη βελτίωση της ενέργειας, την παράταση της διάρκειας ζωής και τη βελτίωση της αντοχής. Η εύρεση υψηλής ποιότητας και φθηνών πρώτων υλών ενεργού άνθρακα, η ανάπτυξη καθαρής και αποτελεσματικής τεχνολογίας παραγωγής ενεργού άνθρακα και η βελτιστοποίηση και ρύθμιση της δομής των πόρων του ενεργού άνθρακα σύμφωνα με διαφορετικά πεδία εφαρμογής θα αποτελέσουν σημαντική κατεύθυνση για τη βελτίωση της ποιότητας των προϊόντων ενεργού άνθρακα και την προώθηση της υψηλής ποιότητας ανάπτυξης της βιομηχανίας ενεργού άνθρακα.