Ծակոտկեն ածխածնային ծակոտկեն կառուցվածքի օպտիմալացում -Ⅱ

Բարի գալուստ մեր կայք՝ ապրանքների վերաբերյալ տեղեկատվության և խորհրդատվության համար։

Մեր կայքը՝https://www.vet-china.com/

 

Ֆիզիկական և քիմիական ակտիվացման մեթոդ

Ֆիզիկական և քիմիական ակտիվացման մեթոդը վերաբերում է ծակոտկեն նյութերի պատրաստման մեթոդին՝ վերը նշված երկու ակտիվացման մեթոդները համատեղելով: Սովորաբար, նախ կատարվում է քիմիական ակտիվացում, ապա՝ ֆիզիկական ակտիվացում: Սկզբում ցելյուլոզը թրջվում է 68%~85% H3PO4 լուծույթի մեջ 85°C ջերմաստիճանում 2 ժամ, այնուհետև այն ածխացվում է մուֆելային վառարանում 4 ժամ, ապա ակտիվացվում է CO2-ով: Ստացված ակտիվացված ածխի տեսակարար մակերեսը հասնում է 3700 մ2·գ-1-ի: Փորձվել է օգտագործել սիսալ մանրաթելը որպես հումք և ակտիվացվել է H3PO4 ակտիվացմամբ ստացված ակտիվացված ածխածնային մանրաթելը (ACF) մեկ անգամ, տաքացվել է մինչև 830°C N2 պաշտպանության տակ, ապա օգտագործվել է ջրային գոլորշի որպես ակտիվացուցիչ՝ երկրորդային ակտիվացման համար: 60 րոպե ակտիվացումից հետո ստացված ACF-ի տեսակարար մակերեսը զգալիորեն բարելավվել է:

 

Ակտիվացված ծակոտիների կառուցվածքի բնութագրումածխածին

 
Ակտիվացված ածխածնի կատարողականի բնութագրման լայնորեն օգտագործվող մեթոդները և կիրառման ուղղությունները ներկայացված են աղյուսակ 2-ում: Նյութի ծակոտիների կառուցվածքի բնութագրերը կարող են ստուգվել երկու տեսանկյունից՝ տվյալների վերլուծություն և պատկերի վերլուծություն:

 

Ակտիվացված ածխածնի ծակոտիների կառուցվածքի օպտիմալացման տեխնոլոգիայի հետազոտության առաջընթացը

Չնայած ակտիվացված ածխածինն ունի հարուստ ծակոտիներ և հսկայական տեսակարար մակերես, այն ունի գերազանց արդյունավետություն բազմաթիվ ոլորտներում: Այնուամենայնիվ, իր լայն հումքի ընտրողականության և բարդ պատրաստման պայմանների պատճառով, պատրաստի արտադրանքը, որպես կանոն, ունի քաոսային ծակոտիների կառուցվածքի, տարբեր տեսակարար մակերեսների, ծակոտիների չափերի անկանոն բաշխման և մակերեսային քիմիական հատկությունների սահմանափակ թերություններ: Հետևաբար, կան թերություններ, ինչպիսիք են մեծ դեղաչափը և կիրառման գործընթացում նեղ հարմարվողականությունը, որոնք չեն կարող բավարարել շուկայի պահանջները: Հետևաբար, մեծ գործնական նշանակություն ունի կառուցվածքի օպտիմալացումը և կարգավորումը, ինչպես նաև դրա համապարփակ օգտագործման արդյունավետության բարելավումը: Ծակոտիների կառուցվածքի օպտիմալացման և կարգավորման համար լայնորեն օգտագործվող մեթոդներն են քիմիական կարգավորումը, պոլիմերների խառնուրդը և կատալիտիկ ակտիվացման կարգավորումը:

 

Քիմիական կարգավորման տեխնոլոգիա

Քիմիական կարգավորման տեխնոլոգիան վերաբերում է ծակոտկեն նյութերի երկրորդային ակտիվացման (մոդիֆիկացման) գործընթացին, որը ստացվում է քիմիական ռեակտիվներով ակտիվացումից հետո, սկզբնական ծակոտիները քայքայելով, միկրոծակոտիները լայնացնելով կամ նոր միկրոծակոտիներ ստեղծելով՝ նյութի տեսակարար մակերեսը և ծակոտիների կառուցվածքը մեծացնելու համար: Ընդհանուր առմամբ, մեկ ակտիվացման արդյունքում ստացված արդյունքը սովորաբար ընկղմվում է քիմիական լուծույթի 0.5-4 անգամ՝ ծակոտիների կառուցվածքը կարգավորելու և տեսակարար մակերեսը մեծացնելու համար: Երկրորդային ակտիվացման համար որպես ռեակտիվներ կարող են օգտագործվել բոլոր տեսակի թթվային և ալկալային լուծույթներ:

 

Թթվային մակերեսի օքսիդացման մոդիֆիկացման տեխնոլոգիա

Թթվային մակերեսային օքսիդացման մոդիֆիկացումը կարգավորման լայնորեն օգտագործվող մեթոդ է: Համապատասխան ջերմաստիճանում թթվային օքսիդանտները կարող են հարստացնել ակտիվացված ածխածնի ներսում գտնվող ծակոտիները, բարելավել դրա ծակոտիների չափը և փորել խցանված ծակոտիները: Ներկայումս ներքին և արտասահմանյան հետազոտությունները հիմնականում կենտրոնացած են անօրգանական թթուների մոդիֆիկացիայի վրա: HN03-ը լայնորեն օգտագործվող օքսիդանտ է, և շատ գիտնականներ HN03-ն օգտագործում են ակտիվացված ածխածնի մոդիֆիկացման համար: Տոնգ Լին և այլք [28] պարզել են, որ HN03-ը կարող է մեծացնել թթվածին պարունակող և ազոտ պարունակող ֆունկցիոնալ խմբերի պարունակությունը ակտիվացված ածխածնի մակերեսին և բարելավել սնդիկի ադսորբցիոն ազդեցությունը:

Ակտիվացված ածխածնի HN03-ով մոդիֆիկացիայից հետո ակտիվացված ածխածնի տեսակարար մակերեսը նվազել է 652մ2·գ-1-ից մինչև 241մ2·գ-1, ծակոտիների միջին չափը աճել է 1.27նմ-ից մինչև 1.641նմ, իսկ բենզոֆենոնի կլանման ունակությունը մոդելավորված բենզինում աճել է 33.7%-ով: Փայտից ակտիվացված ածխածնի մոդիֆիկացիայի դեպքում համապատասխանաբար HN03-ի 10% և 70% ծավալային կոնցենտրացիայով: Արդյունքները ցույց են տալիս, որ 10% HN03-ով մոդիֆիկացված ակտիվացված ածխածնի տեսակարար մակերեսը աճել է 925.45մ2·գ-1-ից մինչև 960.52մ2·գ-1; 70% HN03-ով մոդիֆիկացիայից հետո տեսակարար մակերեսը նվազել է մինչև 935.89մ2·գ-1: HN03-ի երկու կոնցենտրացիաներով մոդիֆիկացված ակտիվացված ածխածնի միջոցով Cu2+-ի հեռացման արագությունները համապատասխանաբար գերազանցել են 70%-ը և 90%-ը:

Ադսորբցիայի դաշտում օգտագործվող ակտիվացված ածխածնի դեպքում ադսորբցիայի ազդեցությունը կախված է ոչ միայն ծակոտիների կառուցվածքից, այլև ադսորբենտի մակերեսային քիմիական հատկություններից: Ծակոտիների կառուցվածքը որոշում է ակտիվացված ածխածնի տեսակարար մակերեսը և ադսորբցիայի ունակությունը, մինչդեռ մակերեսային քիմիական հատկությունները ազդում են ակտիվացված ածխածնի և ադսորբատի փոխազդեցության վրա: Վերջապես պարզվեց, որ ակտիվացված ածխածնի թթվային մոդիֆիկացիան կարող է ոչ միայն կարգավորել ակտիվացված ածխածնի ներսում գտնվող ծակոտիների կառուցվածքը և մաքրել խցանված ծակոտիները, այլև մեծացնել նյութի մակերեսին թթվային խմբերի պարունակությունը և բարելավել մակերեսի բևեռականությունը և հիդրոֆիլությունը: HCI-ով մոդիֆիկացված ակտիվացված ածխածնի միջոցով EDTA-ի ադսորբցիայի ունակությունը աճել է 49.5%-ով՝ համեմատած մոդիֆիկացիայից առաջ եղածի հետ, ինչը ավելի լավ էր, քան HNO3 մոդիֆիկացիայի դեպքում:

Մոդիֆիկացված առևտրային ակտիվացված ածուխ՝ համապատասխանաբար HNO3 և H2O2 պարունակող։ Մոդիֆիկացիայից հետո տեսակարար մակերեսները կազմում էին մոդիֆիկացիայից առաջ եղած մակերեսների 91.3%-ը և 80.8%-ը։ Մակերեսին ավելացվել են նոր թթվածին պարունակող ֆունկցիոնալ խմբեր, ինչպիսիք են կարբօքսիլը, կարբոնիլը և ֆենոլը։ HNO3 մոդիֆիկացիայի միջոցով նիտրոբենզոլի ադսորբցիոն ունակությունը լավագույնն էր՝ 3.3 անգամ ավելի, քան մոդիֆիկացիայից առաջ։ Պարզվել է, որ թթվային մոդիֆիկացիայից հետո ակտիվացված ածխածնի մեջ թթվածին պարունակող ֆունկցիոնալ խմբերի պարունակության աճը հանգեցրել է մակերևութային ակտիվ կետերի թվի աճի, ինչը անմիջական ազդեցություն է ունեցել թիրախային ադսորբատի ադսորբցիոն ունակությունների բարելավման վրա։

Անօրգանական թթուների համեմատ, ակտիվացված ածխածնի օրգանական թթվային մոդիֆիկացիայի վերաբերյալ քիչ տեղեկություններ կան: Համեմատեք օրգանական թթվային մոդիֆիկացիայի ազդեցությունը ակտիվացված ածխածնի ծակոտիների կառուցվածքի հատկությունների և մեթանոլի ադսորբցիայի վրա: Մոդիֆիկացիայից հետո ակտիվացված ածխածնի տեսակարար մակերեսը և ծակոտիների ընդհանուր ծավալը նվազել են: Որքան ուժեղ է թթվայնությունը, այնքան մեծ է նվազումը: Թրթնջկաթով, գինեթթվով և կիտրոնաթթվով մոդիֆիկացիայից հետո ակտիվացված ածխածնի տեսակարար մակերեսը համապատասխանաբար նվազել է 898.59 մ2·գ-1-ից մինչև 788.03 մ2·գ-1, 685.16 մ2·գ-1 և 622.98 մ2·գ-1: Այնուամենայնիվ, մոդիֆիկացիայից հետո ակտիվացված ածխածնի միկրոծակոտկենությունը մեծացել է: Կիտրոնաթթվով մոդիֆիկացված ակտիվացված ածխածնի միկրոծակոտկենությունը աճել է 75.9%-ից մինչև 81.5%:

Թրթնաթթվի և գինեթթվի մոդիֆիկացիան օգտակար են մեթանոլի ադսորբցիայի համար, մինչդեռ կիտրոնաթթուն ունի արգելակող ազդեցություն: Այնուամենայնիվ, Ջ. Պոլ Չենը և այլք [35] պարզել են, որ կիտրոնաթթվով մոդիֆիկացված ակտիվացված ածուխը կարող է ուժեղացնել պղնձի իոնների ադսորբցիան: Լին Թանգը և այլք [36] մոդիֆիկացրել են առևտրային ակտիվացված ածուխը մրջնաթթվով, թրթնաթթվով և ամինոսուլֆոնաթթվով: Մոդիֆիկացիայից հետո տեսակարար մակերեսը և ծակոտիների ծավալը նվազել են: Պատրաստի արտադրանքի մակերեսին առաջացել են թթվածին պարունակող ֆունկցիոնալ խմբեր, ինչպիսիք են 0-HC-0, C-0 և S=0-ը, և հայտնվել են անհարթ փորագրված ալիքներ և սպիտակ բյուրեղներ: Ացետոնի և իզոպրոպանոլի հավասարակշռված ադսորբցիոն կարողությունը նույնպես զգալիորեն աճել է:

 

Ալկալային լուծույթի մոդիֆիկացման տեխնոլոգիա

Որոշ գիտնականներ նաև օգտագործել են ալկալային լուծույթ՝ ակտիվացված ածխի երկրորդային ակտիվացում կատարելու համար: Ինքնաշեն ածխի վրա հիմնված ակտիվացված ածուխը ներծծել տարբեր կոնցենտրացիաների Na0H լուծույթով՝ ծակոտիների կառուցվածքը վերահսկելու համար: Արդյունքները ցույց են տվել, որ ալկալային ցածր կոնցենտրացիան նպաստում է ծակոտիների մեծացմանը և ընդլայնմանը: Լավագույն ազդեցությունը ստացվել է, երբ զանգվածային կոնցենտրացիան կազմել է 20%: Ակտիվացված ածուխն ունեցել է ամենաբարձր տեսակարար մակերեսը (681 մ²·գ-1) և ծակոտիների ծավալը (0.5916 սմ3·գ-1): Երբ Na0H-ի զանգվածային կոնցենտրացիան գերազանցում է 20%-ը, ակտիվացված ածխի ծակոտիների կառուցվածքը քայքայվում է, և ծակոտիների կառուցվածքի պարամետրերը սկսում են նվազել: Դա պայմանավորված է նրանով, որ Na0H լուծույթի բարձր կոնցենտրացիան կոռոզիայի է ենթարկում ածխածնային կմախքը, և մեծ թվով ծակոտիներ կփլուզվեն:

Բարձր արդյունավետությամբ ակտիվացված ածխածնի պատրաստում պոլիմերների խառնուրդով: Նախորդ նյութերն էին ֆուրֆուրալային խեժը և ֆուրֆուրիլային սպիրտը, իսկ էթիլենգլիկոլը ծակոտիներ առաջացնող նյութն էր: Ծակոտիների կառուցվածքը կարգավորվել է երեք պոլիմերների պարունակությունը կարգավորելով, և ստացվել է ծակոտկեն նյութ՝ 0.008-ից մինչև 5 մկմ ծակոտիների չափսերով: Որոշ գիտնականներ ապացուցել են, որ պոլիուրեթան-իմիդային թաղանթը (ՊՈՒԹ) կարող է ածխածնային թաղանթ ստանալ, իսկ ծակոտիների կառուցվածքը կարող է կարգավորվել պոլիուրեթանային (ՊՈՒ) նախապոլիմերի մոլեկուլային կառուցվածքը փոխելով [41]: Երբ ՊՈՒԹ-ն տաքացվում է մինչև 200°C, առաջանում են ՊՈՒ և պոլիիմիդ (ՊՈՒ): Երբ ջերմային մշակման ջերմաստիճանը բարձրանում է մինչև 400°C, ՊՈՒ պիրոլիզը առաջացնում է գազ, որի արդյունքում ՊՈՒ թաղանթի վրա առաջանում է ծակոտիների կառուցվածք: Ածխածնայինացումից հետո ստացվում է ածխածնային թաղանթ: Բացի այդ, պոլիմերների խառնուրդի մեթոդը կարող է նաև որոշակի չափով բարելավել նյութի որոշ ֆիզիկական և մեխանիկական հատկություններ:

 

Կատալիտիկ ակտիվացման կարգավորման տեխնոլոգիա

Կատալիտիկ ակտիվացման կարգավորման տեխնոլոգիան իրականում քիմիական ակտիվացման մեթոդի և բարձր ջերմաստիճանային գազային ակտիվացման մեթոդի համադրություն է: Սովորաբար, քիմիական նյութերը ավելացվում են հումքին որպես կատալիզատորներ, և կատալիզատորներն օգտագործվում են ածխածնային կամ ակտիվացման գործընթացին օժանդակելու համար՝ ծակոտկեն ածխածնային նյութեր ստանալու համար: Ընդհանուր առմամբ, մետաղները սովորաբար ունեն կատալիտիկ ազդեցություն, սակայն կատալիտիկ ազդեցությունները տարբեր են:

Իրականում, սովորաբար չկա ակնհայտ սահման քիմիական ակտիվացման կարգավորման և ծակոտկեն նյութերի կատալիտիկ ակտիվացման կարգավորման միջև։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ երկու մեթոդներն էլ ռեակտիվներ են ավելացնում ածխացման և ակտիվացման գործընթացների ընթացքում։ Այս ռեակտիվների կոնկրետ դերը որոշում է, թե արդյոք մեթոդը պատկանում է կատալիտիկ ակտիվացման կատեգորիային։

Ծակոտկեն ածխածնային նյութի կառուցվածքը, կատալիզատորի ֆիզիկական և քիմիական հատկությունները, կատալիտիկ ռեակցիայի պայմանները և կատալիզատորի բեռնման մեթոդը կարող են տարբեր աստիճանի ազդեցություն ունենալ կարգավորման էֆեկտի վրա: Բիտումային ածուխը որպես հումք օգտագործելով, Mn(N03)2-ը և Cu(N03)2-ը որպես կատալիզատորներ կարող են պատրաստվել մետաղական օքսիդներ պարունակող ծակոտկեն նյութեր: Մետաղական օքսիդների համապատասխան քանակը կարող է բարելավել ծակոտկենությունը և ծակոտիների ծավալը, սակայն տարբեր մետաղների կատալիտիկ ազդեցությունները մի փոքր տարբեր են: Cu(N03)2-ը կարող է նպաստել 1.5~2.0 նմ միջակայքում ծակոտիների զարգացմանը: Բացի այդ, հումքի մոխրի մեջ պարունակվող մետաղական օքսիդները և անօրգանական աղերը նույնպես կատալիտիկ դեր կխաղան ակտիվացման գործընթացում: Շիե Ցյանը և այլք [42] կարծում էին, որ անօրգանական նյութում կալցիումի և երկաթի նման տարրերի կատալիտիկ ակտիվացման ռեակցիան կարող է նպաստել ծակոտիների զարգացմանը: Երբ այս երկու տարրերի պարունակությունը չափազանց բարձր է, արտադրանքի մեջ միջին և մեծ ծակոտիների համամասնությունը զգալիորեն մեծանում է:

 

Եզրակացություն

Չնայած ակտիվացված ածխածինը, որպես ամենատարածված կանաչ ծակոտկեն ածխածնային նյութ, կարևոր դեր է խաղացել արդյունաբերության և կյանքի մեջ, այն դեռևս մեծ ներուժ ունի հումքի ընդլայնման, ծախսերի կրճատման, որակի բարելավման, էներգիայի բարելավման, ծառայության ժամկետի երկարացման և ամրության բարելավման բարելավման համար: Բարձրորակ և էժան ակտիվացված ածխածնային հումքի գտնումը, մաքուր և արդյունավետ ակտիվացված ածխածնի արտադրության տեխնոլոգիայի մշակումը, ինչպես նաև ակտիվացված ածխածնի ծակոտկեն կառուցվածքի օպտիմալացումն ու կարգավորումը՝ ըստ տարբեր կիրառման ոլորտների, կարևոր ուղղություն կլինի ակտիվացված ածխածնային արտադրանքի որակի բարելավման և ակտիվացված ածխածնի արդյունաբերության բարձրորակ զարգացման խթանման համար: