Optimasi struktur pori karbon berpori-Ⅰ

Selamat datang di situs web kami untuk informasi produk dan konsultasi.

Situs web kami:https://www.vet-china.com/

 

Makalah ini menganalisis pasar karbon aktif saat ini, melakukan analisis mendalam tentang bahan baku karbon aktif, memperkenalkan metode karakterisasi struktur pori, metode produksi, faktor-faktor yang memengaruhi dan kemajuan aplikasi karbon aktif, serta meninjau hasil penelitian teknologi optimasi struktur pori karbon aktif, dengan tujuan untuk mendorong karbon aktif agar memainkan peran yang lebih besar dalam penerapan teknologi hijau dan rendah karbon.

 

Persiapan karbon aktif

Secara umum, pembuatan karbon aktif dibagi menjadi dua tahap: karbonisasi dan aktivasi.

 

Proses karbonisasi

Karbonisasi mengacu pada proses pemanasan batubara mentah pada suhu tinggi di bawah perlindungan gas inert untuk menguraikan zat volatilnya dan memperoleh produk karbonisasi perantara. Karbonisasi dapat mencapai tujuan yang diharapkan dengan menyesuaikan parameter proses. Studi menunjukkan bahwa suhu aktivasi merupakan parameter proses kunci yang memengaruhi sifat karbonisasi. Jie Qiang dkk. mempelajari pengaruh laju pemanasan karbonisasi terhadap kinerja karbon aktif dalam tungku muffle dan menemukan bahwa laju yang lebih rendah membantu meningkatkan hasil bahan karbonisasi dan menghasilkan bahan berkualitas tinggi.

 

Proses aktivasi

Karbonisasi dapat membuat bahan baku membentuk struktur mikrokristalin yang mirip dengan grafit dan menghasilkan struktur pori primer. Namun, pori-pori ini tidak teratur atau tersumbat dan tertutup oleh zat lain, sehingga menghasilkan luas permukaan spesifik yang kecil dan memerlukan aktivasi lebih lanjut. Aktivasi adalah proses pengayaan lebih lanjut struktur pori produk hasil karbonisasi, yang terutama dilakukan melalui reaksi kimia antara aktivator dan bahan baku: hal ini dapat mendorong pembentukan struktur mikrokristalin berpori.

Aktivasi pada dasarnya melalui tiga tahap dalam proses pengayaan pori-pori material:
(1) Membuka pori-pori asli yang tertutup (melalui pori-pori);
(2) Memperbesar pori-pori asli (ekspansi pori);
(3) Pembentukan pori baru (pembuatan pori);

Ketiga efek ini tidak terjadi secara terpisah, tetapi terjadi secara simultan dan sinergis. Secara umum, pori-pori dan pembentukan pori-pori bermanfaat untuk meningkatkan jumlah pori, terutama mikropori, yang menguntungkan untuk pembuatan material berpori dengan porositas tinggi dan luas permukaan spesifik yang besar, sedangkan perluasan pori yang berlebihan akan menyebabkan pori-pori bergabung dan terhubung, mengubah mikropori menjadi pori yang lebih besar. Oleh karena itu, untuk mendapatkan material karbon aktif dengan pori yang berkembang dan luas permukaan spesifik yang besar, perlu untuk menghindari aktivasi yang berlebihan. Metode aktivasi karbon aktif yang umum digunakan meliputi metode kimia, metode fisik, dan metode fisikokimia.

 

Metode aktivasi kimia

Metode aktivasi kimia mengacu pada metode penambahan reagen kimia ke bahan baku, kemudian memanaskannya dengan memasukkan gas pelindung seperti N2 dan Ar dalam tungku pemanas untuk mengkarbonisasi dan mengaktifkannya secara bersamaan. Aktivator yang umum digunakan umumnya adalah NaOH, KOH, dan H3PO4. Metode aktivasi kimia memiliki keunggulan suhu aktivasi rendah dan hasil tinggi, tetapi juga memiliki masalah seperti korosi yang besar, kesulitan dalam menghilangkan reagen permukaan, dan pencemaran lingkungan yang serius.

 

Metode aktivasi fisik

Metode aktivasi fisik mengacu pada karbonisasi bahan baku secara langsung di dalam tungku, kemudian direaksikan dengan gas seperti CO2 dan H2O yang dimasukkan pada suhu tinggi untuk mencapai tujuan peningkatan pori dan perluasan pori, tetapi metode aktivasi fisik memiliki kontrol yang buruk terhadap struktur pori. Di antara gas-gas tersebut, CO2 banyak digunakan dalam pembuatan karbon aktif karena bersih, mudah diperoleh, dan berbiaya rendah. Penggunaan tempurung kelapa yang telah dikarbonisasi sebagai bahan baku dan aktivasi dengan CO2 menghasilkan karbon aktif dengan mikropori yang berkembang, dengan luas permukaan spesifik dan volume pori total masing-masing sebesar 1653 m2·g-1 dan 0,1045 cm3·g-1. Kinerja ini mencapai standar penggunaan karbon aktif untuk kapasitor lapisan ganda.

Karbon aktif super diaktifkan dengan CO2. Setelah aktivasi pada suhu 1100℃ selama 30 menit, luas permukaan spesifik dan volume pori total mencapai masing-masing 3500 m2·g-1 dan 1,84 cm3·g-1. Karbon aktif tempurung kelapa komersial kemudian diaktifkan kembali dengan CO2. Setelah aktivasi, mikropori produk jadi menyempit, volume mikropori meningkat dari 0,21 cm3·g-1 menjadi 0,27 cm3·g-1, luas permukaan spesifik meningkat dari 627,22 m2·g-1 menjadi 822,71 m2·g-1, dan kapasitas adsorpsi fenol meningkat sebesar 23,77%.

Para sarjana lain telah mempelajari faktor-faktor kontrol utama dari proses aktivasi CO2. Mohammad et al. [21] menemukan bahwa suhu adalah faktor pengaruh utama ketika CO2 digunakan untuk mengaktifkan serbuk gergaji karet. Luas permukaan spesifik, volume pori, dan mikroporositas produk jadi pertama-tama meningkat dan kemudian menurun seiring dengan peningkatan suhu. Cheng Song et al. [22] menggunakan metodologi permukaan respons untuk menganalisis proses aktivasi CO2 dari cangkang kacang macadamia. Hasilnya menunjukkan bahwa suhu aktivasi dan waktu aktivasi memiliki pengaruh terbesar pada perkembangan mikropori karbon aktif.