छिद्रयुक्त कार्बन छिद्र संरचना का अनुकूलन -Ⅱ

उत्पाद जानकारी और परामर्श के लिए हमारी वेबसाइट पर आपका स्वागत है।

हमारी वेबसाइट:https://www.vet-china.com/

 

भौतिक और रासायनिक सक्रियण विधि

भौतिक और रासायनिक सक्रियण विधि से तात्पर्य उपरोक्त दो सक्रियण विधियों के संयोजन से छिद्रपूर्ण पदार्थ तैयार करने की विधि से है। आम तौर पर, पहले रासायनिक सक्रियण किया जाता है, और फिर भौतिक सक्रियण किया जाता है। सबसे पहले सेल्यूलोज को 68%~85% H3PO4 घोल में 85℃ पर 2 घंटे के लिए भिगोया जाता है, फिर इसे 4 घंटे के लिए मफल भट्टी में कार्बनीकृत किया जाता है, और फिर इसे CO2 से सक्रिय किया जाता है। प्राप्त सक्रिय कार्बन का विशिष्ट सतह क्षेत्र 3700m2·g-1 जितना अधिक था। कच्चे माल के रूप में सिसल फाइबर का उपयोग करने का प्रयास करें, और H3PO4 सक्रियण द्वारा प्राप्त सक्रिय कार्बन फाइबर (ACF) को एक बार सक्रिय करें, इसे N2 संरक्षण के तहत 830℃ तक गर्म करें, और फिर द्वितीयक सक्रियण के लिए उत्प्रेरक के रूप में जल वाष्प का उपयोग करें। सक्रियण के 60 मिनट बाद प्राप्त ACF का विशिष्ट सतह क्षेत्र काफी बेहतर हो गया।

 

सक्रिय छिद्र संरचना प्रदर्शन की विशेषताकार्बन

 
आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले सक्रिय कार्बन प्रदर्शन लक्षण वर्णन विधियों और अनुप्रयोग निर्देशों को तालिका 2 में दिखाया गया है। सामग्री की छिद्र संरचना विशेषताओं का परीक्षण दो पहलुओं से किया जा सकता है: डेटा विश्लेषण और छवि विश्लेषण।

 

सक्रिय कार्बन की छिद्र संरचना अनुकूलन प्रौद्योगिकी की अनुसंधान प्रगति

यद्यपि सक्रिय कार्बन में समृद्ध छिद्र और विशाल विशिष्ट सतह क्षेत्र होते हैं, लेकिन कई क्षेत्रों में इसका प्रदर्शन उत्कृष्ट होता है। हालांकि, इसके व्यापक कच्चे माल की चयनात्मकता और जटिल तैयारी स्थितियों के कारण, तैयार उत्पादों में आम तौर पर अव्यवस्थित छिद्र संरचना, विभिन्न विशिष्ट सतह क्षेत्र, अव्यवस्थित छिद्र आकार वितरण और सीमित सतह रासायनिक गुणों के नुकसान होते हैं। इसलिए, आवेदन प्रक्रिया में बड़ी खुराक और संकीर्ण अनुकूलनशीलता जैसे नुकसान हैं, जो बाजार की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकते हैं। इसलिए, संरचना को अनुकूलित और विनियमित करना और इसके व्यापक उपयोग प्रदर्शन में सुधार करना बहुत व्यावहारिक महत्व का है। छिद्र संरचना को अनुकूलित और विनियमित करने के लिए आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली विधियों में रासायनिक विनियमन, बहुलक मिश्रण और उत्प्रेरक सक्रियण विनियमन शामिल हैं।

 

रासायनिक विनियमन प्रौद्योगिकी

रासायनिक विनियमन प्रौद्योगिकी रासायनिक अभिकर्मकों के साथ सक्रियण के बाद प्राप्त छिद्रपूर्ण सामग्रियों के द्वितीयक सक्रियण (संशोधन) की प्रक्रिया को संदर्भित करती है, मूल छिद्रों को नष्ट करती है, सूक्ष्म छिद्रों का विस्तार करती है, या सामग्री के विशिष्ट सतह क्षेत्र और छिद्र संरचना को बढ़ाने के लिए नए सूक्ष्म छिद्रों का निर्माण करती है। आम तौर पर, एक सक्रियण का तैयार उत्पाद आम तौर पर छिद्र संरचना को विनियमित करने और विशिष्ट सतह क्षेत्र को बढ़ाने के लिए 0.5 ~ 4 गुना रासायनिक घोल में डूबा होता है। सभी प्रकार के एसिड और क्षार समाधानों का उपयोग द्वितीयक सक्रियण के लिए अभिकर्मकों के रूप में किया जा सकता है।

 

एसिड सतह ऑक्सीकरण संशोधन प्रौद्योगिकी

एसिड सतह ऑक्सीकरण संशोधन एक आम तौर पर इस्तेमाल की जाने वाली विनियमन विधि है। उचित तापमान पर, एसिड ऑक्सीडेंट सक्रिय कार्बन के अंदर छिद्रों को समृद्ध कर सकते हैं, इसके छिद्र के आकार में सुधार कर सकते हैं और अवरुद्ध छिद्रों को साफ कर सकते हैं। वर्तमान में, घरेलू और विदेशी शोध मुख्य रूप से अकार्बनिक एसिड के संशोधन पर केंद्रित हैं। HN03 एक आम तौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला ऑक्सीडेंट है, और कई विद्वान सक्रिय कार्बन को संशोधित करने के लिए HN03 का उपयोग करते हैं। टोंग ली एट अल। [28] ने पाया कि HN03 सक्रिय कार्बन की सतह पर ऑक्सीजन युक्त और नाइट्रोजन युक्त कार्यात्मक समूहों की सामग्री को बढ़ा सकता है और पारे के सोखने के प्रभाव में सुधार कर सकता है।

सक्रिय कार्बन को HN03 के साथ संशोधित करने पर, संशोधन के बाद, सक्रिय कार्बन का विशिष्ट सतह क्षेत्र 652m2·g-1 से घटकर 241m2·g-1 हो गया, औसत छिद्र का आकार 1.27nm से बढ़कर 1.641nm हो गया, और नकली गैसोलीन में बेंजोफेनोन की सोखने की क्षमता 33.7% बढ़ गई। लकड़ी के सक्रिय कार्बन को क्रमशः HN03 की 10% और 70% मात्रा सांद्रता के साथ संशोधित किया गया। परिणाम बताते हैं कि 10% HN03 के साथ संशोधित सक्रिय कार्बन का विशिष्ट सतह क्षेत्र 925.45m2·g-1 से बढ़कर 960.52m2·g-1 हो गया; 70% HN03 के साथ संशोधन के बाद, विशिष्ट सतह क्षेत्र घटकर 935.89m2·g-1 हो गया। HN03 की दो सांद्रताओं के साथ संशोधित सक्रिय कार्बन द्वारा Cu2+ की निष्कासन दर क्रमशः 70% और 90% से अधिक थी।

सोखना क्षेत्र में उपयोग किए जाने वाले सक्रिय कार्बन के लिए, सोखना प्रभाव न केवल छिद्र संरचना पर निर्भर करता है, बल्कि सोखने वाले पदार्थ के सतही रासायनिक गुणों पर भी निर्भर करता है। छिद्र संरचना सक्रिय कार्बन के विशिष्ट सतह क्षेत्र और सोखने की क्षमता को निर्धारित करती है, जबकि सतही रासायनिक गुण सक्रिय कार्बन और सोखने वाले पदार्थ के बीच की परस्पर क्रिया को प्रभावित करते हैं। अंत में यह पाया गया कि सक्रिय कार्बन का एसिड संशोधन न केवल सक्रिय कार्बन के अंदर छिद्र संरचना को समायोजित कर सकता है और अवरुद्ध छिद्रों को साफ कर सकता है, बल्कि सामग्री की सतह पर अम्लीय समूहों की सामग्री को भी बढ़ा सकता है और सतह की ध्रुवीयता और हाइड्रोफिलिसिटी को बढ़ा सकता है। HCI द्वारा संशोधित सक्रिय कार्बन द्वारा EDTA की सोखने की क्षमता संशोधन से पहले की तुलना में 49.5% बढ़ गई, जो HNO3 संशोधन की तुलना में बेहतर थी।

संशोधित वाणिज्यिक सक्रिय कार्बन क्रमशः HNO3 और H2O2 के साथ! संशोधन के बाद विशिष्ट सतह क्षेत्र क्रमशः संशोधन से पहले के 91.3% और 80.8% थे। कार्बोक्सिल, कार्बोनिल और फिनोल जैसे नए ऑक्सीजन युक्त कार्यात्मक समूहों को सतह पर जोड़ा गया। HNO3 संशोधन द्वारा नाइट्रोबेंजीन की सोखने की क्षमता सबसे अच्छी थी, जो संशोधन से पहले 3.3 गुना थी। यह पाया गया कि एसिड संशोधन के बाद सक्रिय कार्बन में ऑक्सीजन युक्त कार्यात्मक समूहों की सामग्री में वृद्धि से सतह सक्रिय बिंदुओं की संख्या में वृद्धि हुई, जिसका लक्ष्य सोखने की क्षमता में सुधार पर सीधा प्रभाव पड़ा।

अकार्बनिक अम्लों की तुलना में, सक्रिय कार्बन के कार्बनिक अम्ल संशोधन पर कुछ रिपोर्टें हैं। सक्रिय कार्बन के छिद्र संरचना गुणों और मेथनॉल के सोखना पर कार्बनिक अम्ल संशोधन के प्रभावों की तुलना करें। संशोधन के बाद, सक्रिय कार्बन का विशिष्ट सतह क्षेत्र और कुल छिद्र मात्रा कम हो गई। अम्लता जितनी मजबूत होगी, कमी उतनी ही अधिक होगी। ऑक्सालिक एसिड, टार्टरिक एसिड और साइट्रिक एसिड के साथ संशोधन के बाद, सक्रिय कार्बन का विशिष्ट सतह क्षेत्र क्रमशः 898.59m2·g-1 से घटकर 788.03m2·g-1, 685.16m2·g-1 और 622.98m2·g-1 हो गया। हालांकि, संशोधन के बाद सक्रिय कार्बन की माइक्रोपोरोसिटी बढ़ गई। साइट्रिक एसिड के साथ संशोधित सक्रिय कार्बन की माइक्रोपोरोसिटी 75.9% से बढ़कर 81.5% हो गई।

ऑक्सालिक एसिड और टार्टरिक एसिड संशोधन मेथनॉल के सोखने के लिए फायदेमंद हैं, जबकि साइट्रिक एसिड में निरोधात्मक प्रभाव होता है। हालांकि, जे. पॉल चेन एट अल. [35] ने पाया कि साइट्रिक एसिड के साथ संशोधित सक्रिय कार्बन तांबे के आयनों के सोखने को बढ़ा सकता है। लिन टैंग एट अल. [36] ने फॉर्मिक एसिड, ऑक्सालिक एसिड और अमीनोसल्फोनिक एसिड के साथ वाणिज्यिक सक्रिय कार्बन को संशोधित किया। संशोधन के बाद, विशिष्ट सतह क्षेत्र और छिद्र मात्रा कम हो गई। तैयार उत्पाद की सतह पर 0-HC-0, C-0 और S=0 जैसे ऑक्सीजन युक्त कार्यात्मक समूह बने, और असमान नक्काशीदार चैनल और सफेद क्रिस्टल दिखाई दिए। एसीटोन और आइसोप्रोपेनॉल की संतुलन सोखने की क्षमता में भी काफी वृद्धि हुई।

 

क्षारीय विलयन संशोधन प्रौद्योगिकी

कुछ विद्वानों ने सक्रिय कार्बन पर द्वितीयक सक्रियण करने के लिए क्षारीय घोल का भी उपयोग किया। छिद्र संरचना को नियंत्रित करने के लिए विभिन्न सांद्रता के Na0H समाधान के साथ घर पर बने कोयले पर आधारित सक्रिय कार्बन को संसेचित करें। परिणामों से पता चला कि कम क्षार सांद्रता छिद्रों की वृद्धि और विस्तार के लिए अनुकूल थी। सबसे अच्छा प्रभाव तब प्राप्त हुआ जब द्रव्यमान सांद्रता 20% थी। सक्रिय कार्बन में सबसे अधिक विशिष्ट सतह क्षेत्र (681m2 · g-1) और छिद्र मात्रा (0.5916cm3 · g-1) थी। जब Na0H की द्रव्यमान सांद्रता 20% से अधिक हो जाती है, तो सक्रिय कार्बन की छिद्र संरचना नष्ट हो जाती है और छिद्र संरचना पैरामीटर कम होने लगते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि Na0H समाधान की उच्च सांद्रता कार्बन कंकाल को नष्ट कर देगी और बड़ी संख्या में छिद्र ढह जाएंगे।

पॉलिमर मिश्रण द्वारा उच्च-प्रदर्शन सक्रिय कार्बन तैयार करना। इसके अग्रदूत फुरफुरल राल और फुरफुरिल अल्कोहल थे, और एथिलीन ग्लाइकॉल छिद्र बनाने वाला एजेंट था। तीन पॉलिमर की सामग्री को समायोजित करके छिद्र संरचना को नियंत्रित किया गया था, और 0.008 और 5 माइक्रोन के बीच छिद्र आकार वाली एक छिद्रपूर्ण सामग्री प्राप्त की गई थी। कुछ विद्वानों ने साबित किया है कि पॉलीयुरेथेन-इमाइड फिल्म (PUI) को कार्बन फिल्म प्राप्त करने के लिए कार्बोनेट किया जा सकता है, और पॉलीयुरेथेन (PU) प्रीपोलिमर की आणविक संरचना को बदलकर छिद्र संरचना को नियंत्रित किया जा सकता है [41]। जब PUI को 200 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है, तो PU और पॉलीमाइड (PI) उत्पन्न होंगे। जब गर्मी उपचार तापमान 400 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ जाता है, तो PU पायरोलिसिस गैस का उत्पादन करता है, जिसके परिणामस्वरूप PI फिल्म पर एक छिद्र संरचना का निर्माण होता है। कार्बोनाइजेशन के बाद, एक कार्बन फिल्म प्राप्त होती है। इसके अलावा, बहुलक सम्मिश्रण विधि कुछ हद तक सामग्री के कुछ भौतिक और यांत्रिक गुणों में भी सुधार कर सकती है

 

उत्प्रेरक सक्रियण विनियमन प्रौद्योगिकी

उत्प्रेरक सक्रियण विनियमन तकनीक वास्तव में रासायनिक सक्रियण विधि और उच्च तापमान गैस सक्रियण विधि का एक संयोजन है। आम तौर पर, रासायनिक पदार्थों को उत्प्रेरक के रूप में कच्चे माल में जोड़ा जाता है, और उत्प्रेरक का उपयोग छिद्रपूर्ण कार्बन सामग्री प्राप्त करने के लिए कार्बोनाइजेशन या सक्रियण प्रक्रिया की सहायता के लिए किया जाता है। आम तौर पर, धातुओं में आम तौर पर उत्प्रेरक प्रभाव होता है, लेकिन उत्प्रेरक प्रभाव अलग-अलग होते हैं।

वास्तव में, छिद्रपूर्ण सामग्रियों के रासायनिक सक्रियण विनियमन और उत्प्रेरक सक्रियण विनियमन के बीच आमतौर पर कोई स्पष्ट सीमा नहीं होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि दोनों विधियाँ कार्बनीकरण और सक्रियण प्रक्रिया के दौरान अभिकर्मकों को जोड़ती हैं। इन अभिकर्मकों की विशिष्ट भूमिका यह निर्धारित करती है कि विधि उत्प्रेरक सक्रियण की श्रेणी में आती है या नहीं।

छिद्रपूर्ण कार्बन पदार्थ की संरचना, उत्प्रेरक के भौतिक और रासायनिक गुण, उत्प्रेरक प्रतिक्रिया की स्थिति और उत्प्रेरक लोडिंग विधि सभी का विनियमन प्रभाव पर अलग-अलग डिग्री का प्रभाव हो सकता है। कच्चे माल के रूप में बिटुमिनस कोयले का उपयोग करके, उत्प्रेरक के रूप में Mn(N03)2 और Cu(N03)2 से धातु ऑक्साइड युक्त छिद्रपूर्ण पदार्थ तैयार किया जा सकता है। धातु ऑक्साइड की उचित मात्रा छिद्रता और छिद्र मात्रा में सुधार कर सकती है, लेकिन विभिन्न धातुओं के उत्प्रेरक प्रभाव थोड़े अलग होते हैं। Cu(N03)2 1.5 ~ 2.0nm की सीमा में छिद्रों के विकास को बढ़ावा दे सकता है। इसके अलावा, कच्चे माल की राख में निहित धातु ऑक्साइड और अकार्बनिक लवण भी सक्रियण प्रक्रिया में उत्प्रेरक की भूमिका निभाएंगे। झी कियांग एट अल। [42] का मानना ​​​​था कि अकार्बनिक पदार्थों में कैल्शियम और लोहे जैसे तत्वों की उत्प्रेरक सक्रियण प्रतिक्रिया छिद्रों के विकास को बढ़ावा दे सकती है।

 

निष्कर्ष

यद्यपि सक्रिय कार्बन, सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली हरी झरझरा कार्बन सामग्री के रूप में, उद्योग और जीवन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है, फिर भी इसमें कच्चे माल के विस्तार, लागत में कमी, गुणवत्ता में सुधार, ऊर्जा में सुधार, जीवन विस्तार और शक्ति में सुधार के लिए बहुत संभावनाएं हैं। उच्च गुणवत्ता वाले और सस्ते सक्रिय कार्बन कच्चे माल की खोज, स्वच्छ और कुशल सक्रिय कार्बन उत्पादन तकनीक विकसित करना, और विभिन्न अनुप्रयोग क्षेत्रों के अनुसार सक्रिय कार्बन की छिद्र संरचना को अनुकूलित और विनियमित करना सक्रिय कार्बन उत्पादों की गुणवत्ता में सुधार और सक्रिय कार्बन उद्योग के उच्च गुणवत्ता वाले विकास को बढ़ावा देने के लिए एक महत्वपूर्ण दिशा होगी।