Ottimizzazione della struttura dei pori del carbonio poroso-I

Benvenuti sul nostro sito web, dove troverete informazioni sui prodotti e potrete richiedere una consulenza.

Il nostro sito web:https://www.vet-china.com/

 

Questo articolo analizza l'attuale mercato del carbone attivo, conduce un'analisi approfondita delle materie prime utilizzate nella sua produzione, introduce i metodi di caratterizzazione della struttura dei pori, i metodi di produzione, i fattori che ne influenzano l'utilizzo e i progressi applicativi, e passa in rassegna i risultati della ricerca sulla tecnologia di ottimizzazione della struttura dei pori del carbone attivo, con l'obiettivo di promuovere un ruolo più rilevante del carbone attivo nell'applicazione di tecnologie verdi e a basse emissioni di carbonio.

 

Preparazione del carbone attivo

In generale, la preparazione del carbone attivo si divide in due fasi: carbonizzazione e attivazione.

 

Processo di carbonizzazione

La carbonizzazione si riferisce al processo di riscaldamento del carbone grezzo ad alta temperatura in atmosfera inerte per decomporre la sua materia volatile e ottenere prodotti carbonizzati intermedi. La carbonizzazione può raggiungere l'obiettivo prefissato regolando i parametri di processo. Studi hanno dimostrato che la temperatura di attivazione è un parametro chiave che influenza le proprietà di carbonizzazione. Jie Qiang et al. hanno studiato l'effetto della velocità di riscaldamento durante la carbonizzazione sulle prestazioni del carbone attivo in un forno a muffola e hanno scoperto che una velocità inferiore contribuisce a migliorare la resa dei materiali carbonizzati e a produrre materiali di alta qualità.

 

Processo di attivazione

La carbonizzazione può far sì che le materie prime formino una struttura microcristallina simile alla grafite e generino una struttura porosa primaria. Tuttavia, questi pori risultano disordinati o bloccati e chiusi da altre sostanze, con conseguente riduzione della superficie specifica e necessità di ulteriore attivazione. L'attivazione è il processo di ulteriore arricchimento della struttura porosa del prodotto carbonizzato, che si realizza principalmente attraverso la reazione chimica tra l'attivatore e la materia prima: essa può promuovere la formazione di una struttura microcristallina porosa.

L'attivazione si articola principalmente in tre fasi nel processo di arricchimento dei pori del materiale:
(1) Apertura dei pori originariamente chiusi (attraverso i pori);
(2) Allargamento dei pori originali (espansione dei pori);
(3) Formazione di nuovi pori (creazione dei pori);

Questi tre effetti non si verificano singolarmente, ma simultaneamente e in modo sinergico. In generale, la formazione e la creazione di pori favoriscono l'aumento del numero di pori, in particolare dei micropori, il che è vantaggioso per la preparazione di materiali porosi con elevata porosità e ampia superficie specifica. Al contrario, un'eccessiva espansione dei pori ne provoca la fusione e la connessione, trasformando i micropori in pori di dimensioni maggiori. Pertanto, per ottenere materiali a base di carbone attivo con pori ben sviluppati e ampia superficie specifica, è necessario evitare un'attivazione eccessiva. I metodi di attivazione del carbone attivo comunemente utilizzati includono il metodo chimico, il metodo fisico e il metodo fisico-chimico.

 

Metodo di attivazione chimica

Il metodo di attivazione chimica si riferisce a un metodo che prevede l'aggiunta di reagenti chimici alle materie prime e il successivo riscaldamento mediante l'introduzione di gas protettivi come N2 e Ar in un forno, al fine di carbonizzarle e attivarle contemporaneamente. Gli attivatori comunemente utilizzati sono generalmente NaOH, KOH e H3PO4. Il metodo di attivazione chimica presenta i vantaggi di una bassa temperatura di attivazione e di un'elevata resa, ma ha anche problemi quali forte corrosione, difficoltà nella rimozione dei reagenti superficiali e grave inquinamento ambientale.

 

Metodo di attivazione fisica

Il metodo di attivazione fisica prevede la carbonizzazione diretta delle materie prime in un forno, seguita dalla reazione con gas come CO2 e H2O introdotti ad alta temperatura per aumentare e ampliare la porosità. Tuttavia, questo metodo presenta uno scarso controllo sulla struttura dei pori. Tra i vari metodi, la CO2 è ampiamente utilizzata nella preparazione del carbone attivo perché pulita, facilmente reperibile e a basso costo. Utilizzando gusci di cocco carbonizzati come materia prima e attivandoli con CO2, è stato possibile preparare un carbone attivo con micropori ben sviluppati, con una superficie specifica e un volume totale dei pori rispettivamente di 1653 m2·g-1 e 0,1045 cm3·g-1. Le prestazioni ottenute soddisfano gli standard di utilizzo del carbone attivo per i condensatori a doppio strato.

Attivare i noccioli di nespolo con CO2 per preparare carbone superattivo; dopo l'attivazione a 1100℃ per 30 minuti, la superficie specifica e il volume totale dei pori hanno raggiunto rispettivamente 3500 m2·g-1 e 1,84 cm3·g-1. Utilizzare CO2 per eseguire l'attivazione secondaria del carbone attivo commerciale da guscio di cocco. Dopo l'attivazione, i micropori del prodotto finito sono stati ristretti, il volume dei micropori è aumentato da 0,21 cm3·g-1 a 0,27 cm3·g-1, la superficie specifica è aumentata da 627,22 m2·g-1 a 822,71 m2·g-1 e la capacità di adsorbimento del fenolo è aumentata del 23,77%.

Altri studiosi hanno studiato i principali fattori di controllo del processo di attivazione della CO2. Mohammad et al. [21] hanno scoperto che la temperatura è il principale fattore influente quando la CO2 viene utilizzata per attivare la segatura di gomma. L'area superficiale specifica, il volume dei pori e la microporosità del prodotto finito sono prima aumentati e poi diminuiti con l'aumentare della temperatura. Cheng Song et al. [22] hanno utilizzato la metodologia della superficie di risposta per analizzare il processo di attivazione della CO2 dei gusci di noci di macadamia. I risultati hanno mostrato che la temperatura di attivazione e il tempo di attivazione hanno la maggiore influenza sullo sviluppo dei micropori del carbone attivo.