छिद्रयुक्त कार्बन छिद्र संरचना का अनुकूलन-Ⅰ

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यह पत्र वर्तमान सक्रिय कार्बन बाजार का विश्लेषण करता है, सक्रिय कार्बन के कच्चे माल का गहन विश्लेषण करता है, सक्रिय कार्बन के छिद्र संरचना लक्षण वर्णन विधियों, उत्पादन विधियों, प्रभावित करने वाले कारकों और अनुप्रयोग प्रगति का परिचय देता है, और सक्रिय कार्बन छिद्र संरचना अनुकूलन प्रौद्योगिकी के अनुसंधान परिणामों की समीक्षा करता है, जिसका लक्ष्य सक्रिय कार्बन को हरित और निम्न-कार्बन प्रौद्योगिकियों के अनुप्रयोग में अधिक भूमिका निभाने के लिए बढ़ावा देना है।

 

सक्रिय कार्बन की तैयारी

सामान्यतः, सक्रिय कार्बन की तैयारी दो चरणों में विभाजित होती है: कार्बोनाइजेशन और सक्रियण

 

कार्बनीकरण प्रक्रिया

कार्बनीकरण से तात्पर्य अक्रिय गैस के संरक्षण में उच्च तापमान पर कच्चे कोयले को गर्म करने की प्रक्रिया से है, ताकि इसके वाष्पशील पदार्थ विघटित हो जाएं और मध्यवर्ती कार्बनीकृत उत्पाद प्राप्त हो सकें। कार्बनीकरण प्रक्रिया मापदंडों को समायोजित करके अपेक्षित लक्ष्य को प्राप्त कर सकता है। अध्ययनों से पता चला है कि सक्रियण तापमान कार्बनीकरण गुणों को प्रभावित करने वाला एक प्रमुख प्रक्रिया पैरामीटर है। जी कियांग एट अल ने मफल भट्टी में सक्रिय कार्बन के प्रदर्शन पर कार्बनीकरण हीटिंग दर के प्रभाव का अध्ययन किया और पाया कि कम दर कार्बनीकृत सामग्रियों की उपज को बेहतर बनाने और उच्च गुणवत्ता वाली सामग्री का उत्पादन करने में मदद करती है।

 

सक्रियण प्रक्रिया

कार्बनीकरण कच्चे माल को ग्रेफाइट के समान एक माइक्रोक्रिस्टलाइन संरचना बना सकता है और एक प्राथमिक छिद्र संरचना उत्पन्न कर सकता है। हालाँकि, ये छिद्र अन्य पदार्थों द्वारा अव्यवस्थित या अवरुद्ध और बंद हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक छोटा विशिष्ट सतह क्षेत्र होता है और आगे सक्रियण की आवश्यकता होती है। सक्रियण कार्बनयुक्त उत्पाद की छिद्र संरचना को और समृद्ध करने की प्रक्रिया है, जो मुख्य रूप से उत्प्रेरक और कच्चे माल के बीच रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से किया जाता है: यह छिद्रपूर्ण माइक्रोक्रिस्टलाइन संरचना के गठन को बढ़ावा दे सकता है।

सामग्री के छिद्रों को समृद्ध करने की प्रक्रिया में सक्रियण मुख्य रूप से तीन चरणों से गुजरता है:
(1) मूल बंद छिद्रों को खोलना (छिद्रों के माध्यम से);
(2) मूल छिद्रों का बड़ा होना (छिद्र विस्तार);
(3) नये छिद्रों का निर्माण (छिद्र निर्माण);

ये तीनों प्रभाव अकेले नहीं किए जाते, बल्कि एक साथ और सहक्रियात्मक रूप से होते हैं। आम तौर पर, छिद्रों के माध्यम से और छिद्रों का निर्माण छिद्रों की संख्या बढ़ाने के लिए अनुकूल होता है, विशेष रूप से सूक्ष्म छिद्रों की, जो उच्च छिद्रता और बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र के साथ छिद्रपूर्ण सामग्री की तैयारी के लिए फायदेमंद है, जबकि अत्यधिक छिद्र विस्तार छिद्रों को विलय और कनेक्ट करने का कारण बनेगा, जिससे सूक्ष्म छिद्र बड़े छिद्रों में परिवर्तित हो जाएंगे। इसलिए, विकसित छिद्रों और बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र के साथ सक्रिय कार्बन सामग्री प्राप्त करने के लिए, अत्यधिक सक्रियण से बचना आवश्यक है। आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली सक्रिय कार्बन सक्रियण विधियों में रासायनिक विधि, भौतिक विधि और भौतिक रासायनिक विधि शामिल हैं।

 

रासायनिक सक्रियण विधि

रासायनिक सक्रियण विधि कच्चे माल में रासायनिक अभिकर्मकों को जोड़ने की एक विधि को संदर्भित करती है, और फिर उन्हें एक हीटिंग भट्टी में N2 और Ar जैसी सुरक्षात्मक गैसों को डालकर उन्हें कार्बनीकृत और सक्रिय करने के लिए गर्म करती है। आम तौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले उत्प्रेरक आम तौर पर NaOH, KOH और H3P04 होते हैं। रासायनिक सक्रियण विधि में कम सक्रियण तापमान और उच्च उपज के फायदे हैं, लेकिन इसमें बड़े जंग, सतह अभिकर्मकों को हटाने में कठिनाई और गंभीर पर्यावरण प्रदूषण जैसी समस्याएं भी हैं।

 

शारीरिक सक्रियण विधि

भौतिक सक्रियण विधि में कच्चे माल को सीधे भट्टी में कार्बनीकृत करना और फिर छिद्रों को बढ़ाने और छिद्रों का विस्तार करने के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए उच्च तापमान पर पेश की गई CO2 और H20 जैसी गैसों के साथ प्रतिक्रिया करना शामिल है, लेकिन भौतिक सक्रियण विधि में छिद्र संरचना की खराब नियंत्रणीयता है। उनमें से, सक्रिय कार्बन की तैयारी में CO2 का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है क्योंकि यह साफ, प्राप्त करने में आसान और कम लागत वाला होता है। कच्चे माल के रूप में कार्बोनेटेड नारियल के खोल का उपयोग करें और इसे विकसित माइक्रोपोर के साथ सक्रिय कार्बन तैयार करने के लिए CO2 के साथ सक्रिय करें, जिसमें एक विशिष्ट सतह क्षेत्र और कुल छिद्र मात्रा क्रमशः 1653m2·g-1 और 0.1045cm3·g-1 है। प्रदर्शन डबल-लेयर कैपेसिटर के लिए सक्रिय कार्बन के उपयोग मानक तक पहुंच गया।

सुपर सक्रिय कार्बन तैयार करने के लिए लोकाट स्टोन को CO2 के साथ सक्रिय करें, 30 मिनट के लिए 1100 डिग्री सेल्सियस पर सक्रियण के बाद, विशिष्ट सतह क्षेत्र और कुल छिद्र मात्रा क्रमशः 3500m2·g-1 और 1.84cm3·g-1 तक पहुंच गई। वाणिज्यिक नारियल के खोल सक्रिय कार्बन पर द्वितीयक सक्रियण करने के लिए CO2 का उपयोग करें। सक्रियण के बाद, तैयार उत्पाद के माइक्रोपोर संकुचित हो गए, माइक्रोपोर मात्रा 0.21 cm3·g-1 से बढ़कर 0.27 cm3·g-1 हो गई, विशिष्ट सतह क्षेत्र 627.22 m2·g-1 से बढ़कर 822.71 m2·g-1 हो गया, और फिनोल की सोखने की क्षमता 23.77% बढ़ गई।

अन्य विद्वानों ने CO2 सक्रियण प्रक्रिया के मुख्य नियंत्रण कारकों का अध्ययन किया है। मोहम्मद एट अल। [21] ने पाया कि जब रबर चूरा को सक्रिय करने के लिए CO2 का उपयोग किया जाता है तो तापमान मुख्य प्रभावशाली कारक होता है। तैयार उत्पाद का विशिष्ट सतह क्षेत्र, छिद्र मात्रा और माइक्रोपोरोसिटी पहले बढ़ी और फिर बढ़ते तापमान के साथ घट गई। चेंग सोंग एट अल। [22] ने मैकाडामिया नट शेल की CO2 सक्रियण प्रक्रिया का विश्लेषण करने के लिए प्रतिक्रिया सतह पद्धति का उपयोग किया। परिणामों से पता चला कि सक्रियण तापमान और सक्रियण समय का सक्रिय कार्बन माइक्रोपोर्स के विकास पर सबसे अधिक प्रभाव पड़ता है।