Tervetuloa verkkosivuillemme tuotetietoa ja konsultaatiota varten.
Verkkosivustomme:https://www.vet-china.com/
Fysikaalinen ja kemiallinen aktivointimenetelmä
Fysikaalisella ja kemiallisella aktivointimenetelmällä tarkoitetaan huokoisten materiaalien valmistusmenetelmää yhdistämällä edellä mainitut kaksi aktivointimenetelmää. Yleensä ensin suoritetaan kemiallinen aktivointi ja sitten fysikaalinen aktivointi. Ensin selluloosaa liotetaan 68–85-prosenttisessa H3PO4-liuoksessa 85 ℃:ssa 2 tuntia, sitten hiilestetään sitä muhveliuunissa 4 tuntia ja lopuksi aktivoidaan CO2:lla. Saadun aktiivihiilen ominaispinta-ala oli jopa 3700 m2·g-1. Raaka-aineena käytetään sisalkuitua, ja H3PO4-aktivoinnilla saatu aktiivihiilikuitu (ACF) aktivoidaan kerran, kuumennetaan 830 ℃:seen N2-suojauksessa ja sitten käytetään vesihöyryä aktivaattorina toissijaisessa aktivoinnissa. 60 minuutin aktivoinnin jälkeen saadun ACF:n ominaispinta-ala parani merkittävästi.
Aktivoitujen huokosrakenteen suorituskyvyn karakterisointihiili
Yleisesti käytetyt aktiivihiilen suorituskyvyn karakterisointimenetelmät ja käyttöohjeet on esitetty taulukossa 2. Materiaalin huokosrakenteen ominaisuuksia voidaan testata kahdesta näkökulmasta: data-analyysillä ja kuva-analyysillä.
Aktiivihiilen huokosrakenteen optimointiteknologian tutkimuksen edistyminen
Vaikka aktiivihiilellä on runsaasti huokosia ja valtava ominaispinta-ala, sillä on erinomainen suorituskyky monilla aloilla. Laajan raaka-aineselektiivisyytensä ja monimutkaisten valmistusolosuhteidensa vuoksi valmiilla tuotteilla on kuitenkin yleensä haittoja, kuten kaoottinen huokosrakenne, erilainen ominaispinta-ala, epäjärjestäytynyt huokoskokojakauma ja rajalliset pintakemialliset ominaisuudet. Siksi on olemassa haittoja, kuten suuri annos ja kapea sopeutumiskyky käyttöprosessissa, jotka eivät pysty täyttämään markkinoiden vaatimuksia. Siksi on erittäin tärkeää optimoida ja säädellä rakennetta ja parantaa sen kokonaisvaltaista käyttökykyä. Yleisesti käytettyjä menetelmiä huokosrakenteen optimoimiseksi ja säätelemiseksi ovat kemiallinen säätely, polymeerien sekoittaminen ja katalyyttinen aktivointisäätely.
Kemikaalien sääntelytekniikka
Kemiallinen säätelyteknologia viittaa huokoisten materiaalien toissijaiseen aktivointiin (modifiointiin) kemiallisilla reagensseilla aktivoinnin jälkeen. Tavoitteena on kuluttaa alkuperäisiä huokosia, laajentaa mikrohuokosia tai luoda uusia mikrohuokosia materiaalin ominaispinta-alan ja huokosrakenteen lisäämiseksi. Yleisesti ottaen yhden aktivoinnin lopputuote upotetaan yleensä 0,5–4-kertaiseen kemialliseen liuokseen huokosrakenteen säätelemiseksi ja ominaispinta-alan lisäämiseksi. Toissijaisessa aktivoinnissa voidaan käyttää reagensseina kaikenlaisia happo- ja emäsliuoksia.
Happaman pinnan hapettumisen muokkaustekniikka
Happohapetusmodifikaatio pinnan hapetuksella on yleisesti käytetty säätömenetelmä. Sopivassa lämpötilassa happohapettimet voivat rikastuttaa aktiivihiilen sisällä olevia huokosia, parantaa sen huokoskokoa ja ruoppaa tukkeutuneita huokosia. Tällä hetkellä kotimainen ja ulkomainen tutkimus keskittyy pääasiassa epäorgaanisten happojen modifiointiin. HN03 on yleisesti käytetty hapetin, ja monet tutkijat käyttävät HN03:a aktiivihiilen modifiointiin. Tong Li ym. [28] havaitsivat, että HN03 voi lisätä happea ja typpeä sisältävien funktionaalisten ryhmien pitoisuutta aktiivihiilen pinnalla ja parantaa elohopean adsorptiovaikutusta.
Kun aktiivihiiltä modifioitiin HN03:lla, modifioinnin jälkeen aktiivihiilen ominaispinta-ala pieneni arvosta 652 m²·g⁻¹ arvoon 241 m²·g⁻¹, keskimääräinen huokoskoko kasvoi 1,27 nm:stä 1,641 nm:iin ja bentsofenonin adsorptiokyky simuloidussa bensiinissä kasvoi 33,7 %. Kun puupohjaista aktiivihiiltä modifioitiin 10 %:lla ja 70 %:n HN03-pitoisuudella, tulokset osoittivat, että 10 %:lla HN03:a modifioidun aktiivihiilen ominaispinta-ala kasvoi arvosta 925,45 m²·g⁻¹ arvoon 960,52 m²·g⁻¹; 70 %:lla HN03:a modifioinnin jälkeen ominaispinta-ala pieneni arvoon 935,89 m²·g⁻¹. Kahdella HN03-pitoisuudella modifioidun aktiivihiilen Cu2+-ionien poistonopeudet olivat yli 70 % ja 90 %.
Adsorptiokentällä käytettävän aktiivihiilen adsorptiovaikutus riippuu paitsi huokosrakenteesta myös adsorbentin pinnan kemiallisista ominaisuuksista. Huokosrakenne määrää aktiivihiilen ominaispinta-alan ja adsorptiokyvyn, kun taas pinnan kemialliset ominaisuudet vaikuttavat aktiivihiilen ja adsorbaatin väliseen vuorovaikutukseen. Lopulta havaittiin, että aktiivihiilen happomodifikaatio voi paitsi säätää aktiivihiilen sisällä olevaa huokosrakennetta ja puhdistaa tukkeutuneita huokosia, myös lisätä happamien ryhmien määrää materiaalin pinnalla ja parantaa pinnan polaarisuutta ja hydrofiilisyyttä. HCl:llä modifioidun aktiivihiilen EDTA:n adsorptiokyky kasvoi 49,5 % modifiointia edeltävään aikaan verrattuna, mikä oli parempi kuin HNO3-modifioinnin.
Modifioitu kaupallinen aktiivihiili, jossa on HNO3:a ja H2O2:ta! Modifioinnin jälkeiset ominaispinta-alat olivat 91,3 % ja 80,8 % modifiointia edeltävästä tasosta. Pinnalle lisättiin uusia happea sisältäviä funktionaalisia ryhmiä, kuten karboksyyliä, karbonyyliä ja fenolia. Nitrobentseenin adsorptiokyky HNO3-modifikaatiolla oli paras, 3,3 kertaa suurempi kuin ennen modifiointia. Happipitoisten funktionaalisten ryhmien pitoisuuden kasvu aktiivihiilessä happomodifikaation jälkeen johti pinta-aktiivisten pisteiden määrän kasvuun, mikä vaikutti suoraan kohdeadsorbaatin adsorptiokyvyn paranemiseen.
Verrattuna epäorgaanisiin happoihin, aktiivihiilen orgaanisella hapolla modifioinnista on vain vähän raportteja. Vertaa orgaanisen hapon modifioinnin vaikutuksia aktiivihiilen huokosrakenneominaisuuksiin ja metanolin adsorptioon. Modifioinnin jälkeen aktiivihiilen ominaispinta-ala ja kokonaishuokostilavuus pienenivät. Mitä voimakkaampi happamuus, sitä suurempi lasku. Oksaalihapolla, viinihapolla ja sitruunahapolla modifioinnin jälkeen aktiivihiilen ominaispinta-ala pieneni 898,59 m²·g-1:stä 788,03 m²·g-1:een, 685,16 m²·g-1:een ja 622,98 m²·g-1:een. Aktiivihiilen mikrohuokoisuus kuitenkin kasvoi modifioinnin jälkeen. Sitruunahapolla modifioidun aktiivihiilen mikrohuokoisuus kasvoi 75,9 prosentista 81,5 prosenttiin.
Oksaalihapolla ja viinihapolla tehdyt modifikaatiot ovat hyödyllisiä metanolin adsorptiolle, kun taas sitruunahapolla on estävä vaikutus. J.Paul Chen ym. [35] havaitsivat kuitenkin, että sitruunahapolla modifioitu aktiivihiili voi tehostaa kupari-ionien adsorptiota. Lin Tang ym. [36] modifioivat kaupallista aktiivihiiltä muurahaishapolla, oksaalihapolla ja aminosulfonihapolla. Modifioinnin jälkeen ominaispinta-ala ja huokostilavuus pienenivät. Valmiin tuotteen pinnalle muodostui happea sisältäviä funktionaalisia ryhmiä, kuten 0-HC-0, C-0 ja S=0, ja näkyviin tuli epätasaisia syövytettyjä kanavia ja valkoisia kiteitä. Myös asetonin ja isopropanolin tasapainoadsorptiokyky kasvoi merkittävästi.
Emäksisen liuoksen modifiointitekniikka
Jotkut tutkijat käyttivät myös emäksistä liuosta aktiivihiilen toissijaiseen aktivointiin. Kotitekoista hiilipohjaista aktiivihiiltä kyllästettiin eri pitoisuuksilla Na0H-liuoksella huokosrakenteen hallitsemiseksi. Tulokset osoittivat, että alhaisempi emäksinen pitoisuus edisti huokosten kasvua ja laajenemista. Paras vaikutus saavutettiin, kun massapitoisuus oli 20 %. Aktiivihiilellä oli suurin ominaispinta-ala (681 m2·g-1) ja huokostilavuus (0,5916 cm3·g-1). Kun Na0H:n massapitoisuus ylittää 20 %, aktiivihiilen huokosrakenne tuhoutuu ja huokosrakenneparametrit alkavat pienentyä. Tämä johtuu siitä, että korkea Na0H-liuoksen pitoisuus syövyttää hiilirunkoa ja suuri määrä huokosia romahtaa.
Korkean suorituskyvyn aktiivihiilen valmistus polymeerisekoituksella. Lähtöaineina olivat furfuraalihartsi ja furfuryylialkoholi, ja huokosten muodostajana toimi etyleeniglykoli. Huokosrakennetta säädettiin säätämällä kolmen polymeerin pitoisuutta, ja saatiin huokoinen materiaali, jonka huokoskoko oli 0,008–5 μm. Jotkut tutkijat ovat osoittaneet, että polyuretaani-imidikalvoa (PUI) voidaan hiilentää hiilikalvon saamiseksi, ja huokosrakennetta voidaan säätää muuttamalla polyuretaani-imidi-esipolymeerin (PU) molekyylirakennetta [41]. Kun PUI kuumennetaan 200 °C:seen, muodostuu PU:ta ja polyimidiä (PI). Kun lämpökäsittelylämpötila nousee 400 °C:seen, PU-pyrolyysi tuottaa kaasua, mikä johtaa huokosrakenteen muodostumiseen PI-kalvoon. Hiiletyksen jälkeen saadaan hiilikalvo. Lisäksi polymeerisekoitusmenetelmä voi myös parantaa materiaalin fysikaalisia ja mekaanisia ominaisuuksia jossain määrin.
Katalyyttinen aktivointisäätötekniikka
Katalyyttinen aktivointitekniikka on itse asiassa kemiallisen aktivointimenetelmän ja korkean lämpötilan kaasuaktivointimenetelmän yhdistelmä. Yleensä kemiallisia aineita lisätään raaka-aineisiin katalyytteinä, ja katalyyttejä käytetään hiilestymis- tai aktivointiprosessin avustamiseen huokoisten hiilimateriaalien saamiseksi. Yleisesti ottaen metalleilla on yleensä katalyyttisiä vaikutuksia, mutta katalyyttiset vaikutukset vaihtelevat.
Itse asiassa huokoisten materiaalien kemiallisen aktivoinnin säätelyn ja katalyyttisen aktivoinnin säätelyn välillä ei yleensä ole selvää rajaa. Tämä johtuu siitä, että molemmissa menetelmissä lisätään reagensseja hiilestymis- ja aktivointiprosessin aikana. Näiden reagenssien erityinen rooli määrää, kuuluuko menetelmä katalyyttisen aktivoinnin kategoriaan.
Huokoisen hiilimateriaalin rakenne, katalyytin fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, katalyyttiset reaktio-olosuhteet ja katalyytin latausmenetelmä voivat kaikki vaikuttaa säätelyvaikutukseen eriasteisesti. Käyttämällä bitumipitoista kivihiiltä raaka-aineena, Mn(N03)2:ta ja Cu(N03)2:ta katalyytteinä voidaan valmistaa huokoisia materiaaleja, jotka sisältävät metallioksideja. Sopiva määrä metallioksideja voi parantaa huokoisuutta ja huokostilavuutta, mutta eri metallien katalyyttiset vaikutukset ovat hieman erilaisia. Cu(N03)2 voi edistää 1,5–2,0 nm:n kokoisten huokosten kehittymistä. Lisäksi raaka-aineen tuhkan sisältämät metallioksidit ja epäorgaaniset suolat vaikuttavat katalyyttisesti aktivointiprosessiin. Xie Qiang ym. [42] uskoivat, että epäorgaanisen aineen alkuaineiden, kuten kalsiumin ja raudan, katalyyttinen aktivointireaktio voi edistää huokosten kehittymistä. Kun näiden kahden alkuaineen pitoisuus on liian korkea, keskikokoisten ja suurten huokosten osuus tuotteessa kasvaa merkittävästi.
Johtopäätös
Vaikka aktiivihiilellä, yleisimmin käytettynä vihreänä huokoisena hiilimateriaalina, on ollut tärkeä rooli teollisuudessa ja elämässä, sillä on edelleen suuri potentiaali parantaa raaka-aineiden käyttöä, kustannusten alentamista, laadun parantamista, energiankulutuksen parantamista, käyttöiän pidentämistä ja lujuuden parantamista. Korkealaatuisten ja edullisten aktiivihiiliraaka-aineiden löytäminen, puhtaan ja tehokkaan aktiivihiilen tuotantoteknologian kehittäminen sekä aktiivihiilen huokosrakenteen optimointi ja säätely eri sovellusalueiden mukaan ovat tärkeitä suuntauksia aktiivihiilituotteiden laadun parantamiseksi ja aktiivihiiliteollisuuden korkealaatuisen kehityksen edistämiseksi.
Julkaisun aika: 27.8.2024