છિદ્રાળુ કાર્બન છિદ્ર રચનાનું ઑપ્ટિમાઇઝેશન -Ⅱ

ઉત્પાદન માહિતી અને પરામર્શ માટે અમારી વેબસાઇટ પર આપનું સ્વાગત છે.

અમારી વેબસાઇટ:https://www.vet-china.com/

 

ભૌતિક અને રાસાયણિક સક્રિયકરણ પદ્ધતિ

ભૌતિક અને રાસાયણિક સક્રિયકરણ પદ્ધતિ ઉપરોક્ત બે સક્રિયકરણ પદ્ધતિઓને જોડીને છિદ્રાળુ પદાર્થો તૈયાર કરવાની પદ્ધતિનો ઉલ્લેખ કરે છે. સામાન્ય રીતે, રાસાયણિક સક્રિયકરણ પહેલા કરવામાં આવે છે, અને પછી ભૌતિક સક્રિયકરણ કરવામાં આવે છે. સૌપ્રથમ સેલ્યુલોઝને 68%~85% H3PO4 દ્રાવણમાં 85℃ પર 2 કલાક માટે પલાળી રાખો, પછી તેને મફલ ફર્નેસમાં 4 કલાક માટે કાર્બનાઇઝ કરો, અને પછી તેને CO2 સાથે સક્રિય કરો. પ્રાપ્ત સક્રિય કાર્બનનો ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર 3700m2·g-1 જેટલો ઊંચો હતો. કાચા માલ તરીકે સિસલ ફાઇબરનો ઉપયોગ કરવાનો પ્રયાસ કરો, અને H3PO4 સક્રિયકરણ દ્વારા મેળવેલા સક્રિય કાર્બન ફાઇબર (ACF) ને એકવાર સક્રિય કરો, તેને N2 સુરક્ષા હેઠળ 830℃ સુધી ગરમ કરો, અને પછી ગૌણ સક્રિયકરણ માટે સક્રિયકર્તા તરીકે પાણીની વરાળનો ઉપયોગ કરો. 60 મિનિટના સક્રિયકરણ પછી મેળવેલા ACF ના ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર નોંધપાત્ર રીતે સુધારેલ હતો.

 

સક્રિય છિદ્ર રચનાના પ્રદર્શનનું લાક્ષણિકતાકાર્બન

 
સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતી સક્રિય કાર્બન કામગીરી લાક્ષણિકતા પદ્ધતિઓ અને એપ્લિકેશન દિશાઓ કોષ્ટક 2 માં દર્શાવેલ છે. સામગ્રીની છિદ્ર રચના લાક્ષણિકતાઓનું પરીક્ષણ બે પાસાઓથી કરી શકાય છે: ડેટા વિશ્લેષણ અને છબી વિશ્લેષણ.

 

સક્રિય કાર્બનના છિદ્ર માળખાના ઑપ્ટિમાઇઝેશન ટેકનોલોજીના સંશોધન પ્રગતિ

સક્રિય કાર્બનમાં સમૃદ્ધ છિદ્રો અને વિશાળ ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર હોવા છતાં, તે ઘણા ક્ષેત્રોમાં ઉત્તમ પ્રદર્શન ધરાવે છે. જો કે, તેની વિશાળ કાચા માલની પસંદગી અને જટિલ તૈયારી પરિસ્થિતિઓને કારણે, તૈયાર ઉત્પાદનોમાં સામાન્ય રીતે અસ્તવ્યસ્ત છિદ્ર રચના, વિવિધ ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર, અવ્યવસ્થિત છિદ્ર કદ વિતરણ અને મર્યાદિત સપાટી રાસાયણિક ગુણધર્મોના ગેરફાયદા હોય છે. તેથી, એપ્લિકેશન પ્રક્રિયામાં મોટી માત્રા અને સાંકડી અનુકૂલનક્ષમતા જેવા ગેરફાયદા છે, જે બજારની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરી શકતા નથી. તેથી, માળખાને ઑપ્ટિમાઇઝ અને નિયમન કરવું અને તેના વ્યાપક ઉપયોગ પ્રદર્શનને સુધારવાનું ખૂબ વ્યવહારુ મહત્વ છે. છિદ્ર રચનાને ઑપ્ટિમાઇઝ અને નિયમન કરવા માટે સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિઓમાં રાસાયણિક નિયમન, પોલિમર મિશ્રણ અને ઉત્પ્રેરક સક્રિયકરણ નિયમનનો સમાવેશ થાય છે.

 

રાસાયણિક નિયમન ટેકનોલોજી

રાસાયણિક નિયમન તકનીક એ રાસાયણિક રીએજન્ટ્સ સાથે સક્રિયકરણ પછી મેળવેલા છિદ્રાળુ પદાર્થોના ગૌણ સક્રિયકરણ (સુધારણા) ની પ્રક્રિયાનો સંદર્ભ આપે છે, મૂળ છિદ્રોને ભૂંસી નાખે છે, માઇક્રોપોર્સને વિસ્તૃત કરે છે, અથવા સામગ્રીના ચોક્કસ સપાટી ક્ષેત્ર અને છિદ્ર રચનાને વધારવા માટે નવા માઇક્રોપોર્સ બનાવે છે. સામાન્ય રીતે કહીએ તો, એક સક્રિયકરણના તૈયાર ઉત્પાદનને છિદ્ર રચનાને નિયંત્રિત કરવા અને ચોક્કસ સપાટી ક્ષેત્રને વધારવા માટે સામાન્ય રીતે 0.5~4 ગણા રાસાયણિક દ્રાવણમાં ડૂબાડવામાં આવે છે. ગૌણ સક્રિયકરણ માટે તમામ પ્રકારના એસિડ અને આલ્કલી દ્રાવણનો ઉપયોગ રીએજન્ટ તરીકે થઈ શકે છે.

 

એસિડ સપાટી ઓક્સિડેશન ફેરફાર ટેકનોલોજી

એસિડ સપાટી ઓક્સિડેશન ફેરફાર એ સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતી નિયમન પદ્ધતિ છે. યોગ્ય તાપમાને, એસિડ ઓક્સિડન્ટ્સ સક્રિય કાર્બનની અંદરના છિદ્રોને સમૃદ્ધ બનાવી શકે છે, તેના છિદ્રોનું કદ સુધારી શકે છે અને અવરોધિત છિદ્રોને દૂર કરી શકે છે. હાલમાં, સ્થાનિક અને વિદેશી સંશોધન મુખ્યત્વે અકાર્બનિક એસિડના ફેરફાર પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે. HN03 એ સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતું ઓક્સિડન્ટ છે, અને ઘણા વિદ્વાનો સક્રિય કાર્બનને સુધારવા માટે HN03 નો ઉપયોગ કરે છે. ટોંગ લી અને અન્ય [28] એ શોધી કાઢ્યું કે HN03 સક્રિય કાર્બનની સપાટી પર ઓક્સિજન-સમાવતી અને નાઇટ્રોજન-સમાવતી કાર્યાત્મક જૂથોની સામગ્રીમાં વધારો કરી શકે છે અને પારાના શોષણ અસરને સુધારી શકે છે.

સક્રિય કાર્બનને HN03 સાથે સંશોધિત કર્યા પછી, સક્રિય કાર્બનનો ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર 652m2·g-1 થી ઘટીને 241m2·g-1 થયો, સરેરાશ છિદ્ર કદ 1.27nm થી વધીને 1.641nm થયો, અને સિમ્યુલેટેડ ગેસોલિનમાં બેન્ઝોફેનોનની શોષણ ક્ષમતા 33.7% વધી. લાકડાના સક્રિય કાર્બનને HN03 ની 10% અને 70% વોલ્યુમ સાંદ્રતા સાથે સંશોધિત કરવાથી. પરિણામો દર્શાવે છે કે 10% HN03 સાથે સંશોધિત સક્રિય કાર્બનનો ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર 925.45m2·g-1 થી વધીને 960.52m2·g-1 થયો; 70% HN03 સાથે સંશોધિત કર્યા પછી, ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર ઘટીને 935.89m2·g-1 થયો. HN03 ની બે સાંદ્રતા સાથે સંશોધિત સક્રિય કાર્બન દ્વારા Cu2+ ના દૂર કરવાના દર અનુક્રમે 70% અને 90% થી વધુ હતા.

શોષણ ક્ષેત્રમાં ઉપયોગમાં લેવાતા સક્રિય કાર્બન માટે, શોષણ અસર ફક્ત છિદ્ર રચના પર જ નહીં પરંતુ શોષકના સપાટીના રાસાયણિક ગુણધર્મો પર પણ આધાર રાખે છે. છિદ્ર રચના સક્રિય કાર્બનના ચોક્કસ સપાટી ક્ષેત્ર અને શોષણ ક્ષમતા નક્કી કરે છે, જ્યારે સપાટીના રાસાયણિક ગુણધર્મો સક્રિય કાર્બન અને શોષક વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને અસર કરે છે. અંતે એવું જાણવા મળ્યું કે સક્રિય કાર્બનનું એસિડ ફેરફાર ફક્ત સક્રિય કાર્બનની અંદર છિદ્ર રચનાને સમાયોજિત કરી શકતું નથી અને અવરોધિત છિદ્રોને સાફ કરી શકતું નથી, પરંતુ સામગ્રીની સપાટી પર એસિડિક જૂથોની સામગ્રીમાં પણ વધારો કરી શકે છે અને સપાટીની ધ્રુવીયતા અને હાઇડ્રોફિલિસિટીમાં વધારો કરી શકે છે. HCI દ્વારા સંશોધિત સક્રિય કાર્બન દ્વારા EDTA ની શોષણ ક્ષમતામાં ફેરફાર પહેલાની સરખામણીમાં 49.5% નો વધારો થયો છે, જે HNO3 ફેરફાર કરતા વધુ સારી હતી.

અનુક્રમે HNO3 અને H2O2 સાથે સંશોધિત વાણિજ્યિક સક્રિય કાર્બન! ફેરફાર પછીના ચોક્કસ સપાટી વિસ્તારો અનુક્રમે ફેરફાર પહેલાના વિસ્તારોના 91.3% અને 80.8% હતા. સપાટી પર કાર્બોક્સિલ, કાર્બોનિલ અને ફિનોલ જેવા નવા ઓક્સિજન-સમાવતી કાર્યાત્મક જૂથો ઉમેરવામાં આવ્યા હતા. HNO3 ફેરફાર દ્વારા નાઇટ્રોબેન્ઝીનની શોષણ ક્ષમતા શ્રેષ્ઠ હતી, જે ફેરફાર પહેલા કરતા 3.3 ગણી હતી. એવું જાણવા મળ્યું છે કે એસિડ ફેરફાર પછી સક્રિય કાર્બનમાં ઓક્સિજન-સમાવતી કાર્યાત્મક જૂથોની સામગ્રીમાં વધારો થવાથી સપાટી સક્રિય બિંદુઓની સંખ્યામાં વધારો થયો, જેની સીધી અસર લક્ષ્ય શોષકની શોષણ ક્ષમતામાં સુધારો કરવા પર પડી.

અકાર્બનિક એસિડની તુલનામાં, સક્રિય કાર્બનના કાર્બનિક એસિડ ફેરફાર અંગે બહુ ઓછા અહેવાલો છે. સક્રિય કાર્બનના છિદ્ર માળખાના ગુણધર્મો અને મિથેનોલના શોષણ પર કાર્બનિક એસિડ ફેરફારની અસરોની તુલના કરો. ફેરફાર પછી, સક્રિય કાર્બનનો ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર અને કુલ છિદ્ર વોલ્યુમ ઘટ્યું. એસિડિટી જેટલી મજબૂત હશે, તેટલો વધુ ઘટાડો થશે. ઓક્સાલિક એસિડ, ટાર્ટારિક એસિડ અને સાઇટ્રિક એસિડ સાથે ફેરફાર કર્યા પછી, સક્રિય કાર્બનનો ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર અનુક્રમે 898.59m2·g-1 થી ઘટીને 788.03m2·g-1, 685.16m2·g-1 અને 622.98m2·g-1 થયો. જોકે, ફેરફાર પછી સક્રિય કાર્બનની માઇક્રોપોરોસિટી વધી. સાઇટ્રિક એસિડ સાથે ફેરફાર કરેલા સક્રિય કાર્બનની માઇક્રોપોરોસિટી 75.9% થી વધીને 81.5% થઈ ગઈ.

ઓક્સાલિક એસિડ અને ટાર્ટારિક એસિડ ફેરફાર મિથેનોલના શોષણ માટે ફાયદાકારક છે, જ્યારે સાઇટ્રિક એસિડ અવરોધક અસર ધરાવે છે. જોકે, જે. પોલ ચેન અને અન્ય [35] એ શોધી કાઢ્યું કે સાઇટ્રિક એસિડ સાથે સંશોધિત સક્રિય કાર્બન કોપર આયનોના શોષણને વધારી શકે છે. લિન ટેંગ અને અન્ય [36] એ ફોર્મિક એસિડ, ઓક્સાલિક એસિડ અને એમિનોસલ્ફોનિક એસિડ સાથે વાણિજ્યિક સક્રિય કાર્બનને સંશોધિત કર્યું. ફેરફાર પછી, ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર અને છિદ્રોનું પ્રમાણ ઘટાડવામાં આવ્યું. ફિનિશ્ડ પ્રોડક્ટની સપાટી પર 0-HC-0, C-0 અને S=0 જેવા ઓક્સિજન ધરાવતા કાર્યાત્મક જૂથો રચાયા, અને અસમાન કોતરણી ચેનલો અને સફેદ સ્ફટિકો દેખાયા. એસીટોન અને આઇસોપ્રોપેનોલની સંતુલન શોષણ ક્ષમતામાં પણ નોંધપાત્ર વધારો થયો.

 

આલ્કલાઇન સોલ્યુશન મોડિફિકેશન ટેકનોલોજી

કેટલાક વિદ્વાનોએ સક્રિય કાર્બન પર ગૌણ સક્રિયકરણ કરવા માટે આલ્કલાઇન દ્રાવણનો પણ ઉપયોગ કર્યો. છિદ્ર રચનાને નિયંત્રિત કરવા માટે ઘરે બનાવેલા કોલસા આધારિત સક્રિય કાર્બનને વિવિધ સાંદ્રતાના Na0H દ્રાવણ સાથે ગર્ભિત કરો. પરિણામો દર્શાવે છે કે ઓછી ક્ષાર સાંદ્રતા છિદ્રોના વધારા અને વિસ્તરણ માટે અનુકૂળ હતી. જ્યારે સમૂહ સાંદ્રતા 20% હતી ત્યારે શ્રેષ્ઠ અસર પ્રાપ્ત થઈ હતી. સક્રિય કાર્બનમાં સૌથી વધુ ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર (681m2·g-1) અને છિદ્રોનું પ્રમાણ (0.5916cm3·g-1) હતું. જ્યારે Na0H ની સમૂહ સાંદ્રતા 20% થી વધી જાય છે, ત્યારે સક્રિય કાર્બનનું છિદ્ર માળખું નાશ પામે છે અને છિદ્ર રચના પરિમાણો ઘટવાનું શરૂ થાય છે. આનું કારણ એ છે કે Na0H દ્રાવણની ઉચ્ચ સાંદ્રતા કાર્બન હાડપિંજરને કાટ લાગશે અને મોટી સંખ્યામાં છિદ્રો તૂટી જશે.

પોલિમર મિશ્રણ દ્વારા ઉચ્ચ-પ્રદર્શન સક્રિય કાર્બન તૈયાર કરવું. પૂર્વગામી ફર્ફ્યુરલ રેઝિન અને ફર્ફ્યુરિલ આલ્કોહોલ હતા, અને ઇથિલિન ગ્લાયકોલ છિદ્ર-રચના કરનાર એજન્ટ હતા. ત્રણ પોલિમરની સામગ્રીને સમાયોજિત કરીને છિદ્ર રચનાને નિયંત્રિત કરવામાં આવી હતી, અને 0.008 અને 5 μm વચ્ચે છિદ્ર કદ ધરાવતી છિદ્રાળુ સામગ્રી મેળવવામાં આવી હતી. કેટલાક વિદ્વાનોએ સાબિત કર્યું છે કે પોલીયુરેથીન-ઇમાઇડ ફિલ્મ (PUI) ને કાર્બન ફિલ્મ મેળવવા માટે કાર્બનાઇઝ કરી શકાય છે, અને પોલીયુરેથીન (PU) પ્રીપોલિમરની પરમાણુ રચના બદલીને છિદ્ર રચનાને નિયંત્રિત કરી શકાય છે [41]. જ્યારે PUI ને 200°C સુધી ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે PU અને પોલિમાઇડ (PI) ઉત્પન્ન થશે. જ્યારે ગરમીની સારવારનું તાપમાન 400°C સુધી વધે છે, ત્યારે PU પાયરોલિસિસ ગેસ ઉત્પન્ન કરે છે, જેના પરિણામે PI ફિલ્મ પર છિદ્ર રચના બને છે. કાર્બોનાઇઝેશન પછી, કાર્બન ફિલ્મ મેળવવામાં આવે છે. વધુમાં, પોલિમર મિશ્રણ પદ્ધતિ ચોક્કસ હદ સુધી સામગ્રીના કેટલાક ભૌતિક અને યાંત્રિક ગુણધર્મોને પણ સુધારી શકે છે.

 

ઉત્પ્રેરક સક્રિયકરણ નિયમન ટેકનોલોજી

ઉત્પ્રેરક સક્રિયકરણ નિયમન ટેકનોલોજી વાસ્તવમાં રાસાયણિક સક્રિયકરણ પદ્ધતિ અને ઉચ્ચ-તાપમાન ગેસ સક્રિયકરણ પદ્ધતિનું સંયોજન છે. સામાન્ય રીતે, રાસાયણિક પદાર્થોને ઉત્પ્રેરક તરીકે કાચા માલમાં ઉમેરવામાં આવે છે, અને ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ છિદ્રાળુ કાર્બન સામગ્રી મેળવવા માટે કાર્બોનાઇઝેશન અથવા સક્રિયકરણ પ્રક્રિયામાં મદદ કરવા માટે થાય છે. સામાન્ય રીતે કહીએ તો, ધાતુઓમાં સામાન્ય રીતે ઉત્પ્રેરક અસરો હોય છે, પરંતુ ઉત્પ્રેરક અસરો બદલાય છે.

હકીકતમાં, રાસાયણિક સક્રિયકરણ નિયમન અને છિદ્રાળુ પદાર્થોના ઉત્પ્રેરક સક્રિયકરણ નિયમન વચ્ચે સામાન્ય રીતે કોઈ સ્પષ્ટ સીમા હોતી નથી. આનું કારણ એ છે કે બંને પદ્ધતિઓ કાર્બોનાઇઝેશન અને સક્રિયકરણ પ્રક્રિયા દરમિયાન રીએજન્ટ ઉમેરે છે. આ રીએજન્ટ્સની ચોક્કસ ભૂમિકા નક્કી કરે છે કે પદ્ધતિ ઉત્પ્રેરક સક્રિયકરણની શ્રેણીમાં આવે છે કે નહીં.

છિદ્રાળુ કાર્બન પદાર્થની રચના, ઉત્પ્રેરકના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો, ઉત્પ્રેરક પ્રતિક્રિયાની સ્થિતિ અને ઉત્પ્રેરક લોડિંગ પદ્ધતિ, આ બધાનો નિયમન અસર પર અલગ અલગ ડિગ્રીનો પ્રભાવ હોઈ શકે છે. કાચા માલ તરીકે બિટ્યુમિનસ કોલસાનો ઉપયોગ કરીને, Mn(N03)2 અને Cu(N03)2 ઉત્પ્રેરક તરીકે ધાતુ ઓક્સાઇડ ધરાવતી છિદ્રાળુ સામગ્રી તૈયાર કરી શકાય છે. ધાતુ ઓક્સાઇડની યોગ્ય માત્રા છિદ્રાળુતા અને છિદ્રોના જથ્થામાં સુધારો કરી શકે છે, પરંતુ વિવિધ ધાતુઓની ઉત્પ્રેરક અસરો થોડી અલગ હોય છે. Cu(N03)2 1.5~2.0nm ની રેન્જમાં છિદ્રોના વિકાસને પ્રોત્સાહન આપી શકે છે. વધુમાં, કાચા માલની રાખમાં રહેલા ધાતુ ઓક્સાઇડ અને અકાર્બનિક ક્ષાર પણ સક્રિયકરણ પ્રક્રિયામાં ઉત્પ્રેરક ભૂમિકા ભજવશે. ઝી કિઆંગ અને અન્ય [42] માનતા હતા કે અકાર્બનિક પદાર્થમાં કેલ્શિયમ અને આયર્ન જેવા તત્વોની ઉત્પ્રેરક સક્રિયકરણ પ્રતિક્રિયા છિદ્રોના વિકાસને પ્રોત્સાહન આપી શકે છે. જ્યારે આ બે તત્વોની સામગ્રી ખૂબ વધારે હોય છે, ત્યારે ઉત્પાદનમાં મધ્યમ અને મોટા છિદ્રોનું પ્રમાણ નોંધપાત્ર રીતે વધે છે.

 

નિષ્કર્ષ

જોકે સક્રિય કાર્બન, સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા લીલા છિદ્રાળુ કાર્બન સામગ્રી તરીકે, ઉદ્યોગ અને જીવનમાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવી છે, તેમ છતાં તેમાં કાચા માલના વિસ્તરણ, ખર્ચમાં ઘટાડો, ગુણવત્તા સુધારણા, ઉર્જા સુધારણા, જીવનકાળ વિસ્તરણ અને શક્તિ સુધારણામાં સુધારો કરવાની મોટી સંભાવના છે. ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા અને સસ્તા સક્રિય કાર્બન કાચા માલ શોધવા, સ્વચ્છ અને કાર્યક્ષમ સક્રિય કાર્બન ઉત્પાદન તકનીક વિકસાવવી, અને વિવિધ એપ્લિકેશન ક્ષેત્રો અનુસાર સક્રિય કાર્બનના છિદ્ર માળખાને ઑપ્ટિમાઇઝ અને નિયમન કરવું એ સક્રિય કાર્બન ઉત્પાદનોની ગુણવત્તા સુધારવા અને સક્રિય કાર્બન ઉદ્યોગના ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા વિકાસને પ્રોત્સાહન આપવા માટે એક મહત્વપૂર્ણ દિશા હશે.