ברוכים הבאים לאתר שלנו למידע וייעוץ בנוגע למוצרים.
אתר האינטרנט שלנו:https://www.vet-china.com/
שיטת הפעלה פיזיקלית וכימית
שיטת הפעלה פיזיקלית-כימית מתייחסת לשיטת הכנת חומרים נקבוביים על ידי שילוב שתי שיטות ההפעלה הנ"ל. באופן כללי, מתבצעת תחילה הפעלה כימית, ולאחר מכן הפעלה פיזיקלית. ראשית, יש להשרות תאית בתמיסת H3PO4 של 68%~85% בטמפרטורה של 85 מעלות צלזיוס למשך שעתיים, לאחר מכן לפחם אותה בתנור אפל למשך 4 שעות, ולאחר מכן להפעיל אותה עם CO2. שטח הפנים הסגולי של הפחם הפעיל שהתקבל היה גבוה עד 3700 מ"ר·גרם-1. נסו להשתמש בסיבים סיסל כחומר גלם, והפעילו את סיב הפחם הפעיל (ACF) שהתקבל על ידי הפעלת H3PO4 פעם אחת, חיממו אותו ל-830 מעלות צלזיוס תחת הגנת N2, ולאחר מכן השתמשו באדי מים כמפעיל להפעלה משנית. שטח הפנים הסגולי של ACF שהתקבל לאחר 60 דקות של הפעלה שופר משמעותית.
אפיון ביצועי מבנה הנקבוביות של חומרים פעיליםפַּחמָן
שיטות אפיון ביצועים נפוצות של פחם פעיל והוראות יישום מוצגות בטבלה 2. ניתן לבחון את מאפייני מבנה הנקבוביות של החומר משני היבטים: ניתוח נתונים וניתוח תמונה.
התקדמות המחקר של טכנולוגיית אופטימיזציה של מבנה הנקבוביות של פחם פעיל
למרות שלפחם פעיל נקבוביות עשירות ושטח פנים סגולי עצום, יש לו ביצועים מצוינים בתחומים רבים. עם זאת, בשל הסלקטיביות הרחבה שלו לחומרי גלם ותנאי ההכנה המורכבים שלו, למוצרים המוגמרים יש בדרך כלל חסרונות של מבנה נקבוביות כאוטי, שטח פנים סגולי שונה, פיזור גודל נקבוביות לא מסודר ותכונות כימיות מוגבלות של פני השטח. לכן, ישנם חסרונות כמו מינון גדול ויכולת הסתגלות צרה בתהליך היישום, שאינם יכולים לעמוד בדרישות השוק. לכן, יש חשיבות מעשית רבה לייעל ולתקן את המבנה ולשפר את ביצועי הניצול המקיפים שלו. שיטות נפוצות לייעל ולתקן את מבנה הנקבוביות כוללות ויסות כימי, ערבוב פולימרים ויסות הפעלה קטליטי.
טכנולוגיית ויסות כימי
טכנולוגיית ויסות כימי מתייחסת לתהליך של הפעלה משנית (שינוי) של חומרים נקבוביים המתקבלים לאחר הפעלה באמצעות ריאגנטים כימיים, שחיקה של הנקבוביות המקוריות, הרחבת המיקרו-נקבוביות או יצירת מיקרו-נקבוביות חדשות כדי להגדיל את שטח הפנים הסגולי ואת מבנה הנקבוביות של החומר. באופן כללי, התוצר המוגמר של הפעלה אחת טובל בדרך כלל בתמיסה כימית פי 0.5~4 כדי לווסת את מבנה הנקבוביות ולהגדיל את שטח הפנים הסגולי. ניתן להשתמש בכל מיני תמיסות חומציות ובסיסיות כריאגנטיות להפעלה משנית.
טכנולוגיית שינוי חמצון פני השטח של חומצה
שינוי חמצון פני השטח של חומצה הוא שיטת ויסות נפוצה. בטמפרטורה מתאימה, מחמצנים חומציים יכולים להעשיר את הנקבוביות בתוך הפחם הפעיל, לשפר את גודל הנקבוביות שלו ולסגור נקבוביות חסומות. כיום, מחקרים מקומיים וזרים מתמקדים בעיקר בשינוי של חומצות אנאורגניות. HN03 הוא מחמצן נפוץ, וחוקרים רבים משתמשים ב-HN03 כדי לשנות פחם פעיל. טונג לי ועמיתיו [28] מצאו ש-HN03 יכול להגדיל את תכולת הקבוצות הפונקציונליות המכילות חמצן וחנקן על פני השטח של הפחם הפעיל ולשפר את אפקט הספיחה של כספית.
לאחר עריכת פחם פעיל עם HN03, שטח הפנים הסגולי של הפחם הפעיל ירד מ-652 מ"ר גרם ל-241 מ"ר גרם, גודל הנקבוביות הממוצע גדל מ-1.27 ננומטר ל-1.641 ננומטר, ויכולת הספיחה של בנזופנון בבנזין מדומה גדלה ב-33.7%. עריכת פחם פעיל מעץ עם ריכוז נפחי של 10% ו-70% של HN03, בהתאמה. התוצאות מראות ששטח הפנים הסגולי של הפחם הפעיל שעבר עריכה עם 10% HN03 גדל מ-925.45 מ"ר גרם ל-960.52 מ"ר גרם; לאחר עריכה עם 70% HN03, שטח הפנים הסגולי ירד ל-935.89 מ"ר גרם. שיעורי הסרת ה-Cu2+ על ידי פחם פעיל שעבר עריכה עם שני ריכוזים של HN03 היו מעל 70% ו-90%, בהתאמה.
עבור פחם פעיל המשמש בתחום הספיחה, אפקט הספיחה תלוי לא רק במבנה הנקבוביות אלא גם בתכונות הכימיות של פני השטח של החומר הסופח. מבנה הנקבוביות קובע את שטח הפנים הסגולי ואת קיבולת הספיחה של הפחם הפעיל, בעוד שהתכונות הכימיות של פני השטח משפיעות על האינטראקציה בין הפחם הפעיל לספיחה. לבסוף נמצא כי שינוי חומצי של פחם פעיל יכול לא רק להתאים את מבנה הנקבוביות בתוך הפחם הפעיל ולנקות את הנקבוביות החסומות, אלא גם להגדיל את תכולת הקבוצות החומציות על פני החומר ולשפר את הקוטביות וההידרופיליות של פני השטח. קיבולת הספיחה של EDTA על ידי פחם פעיל שעבר שינוי על ידי HCI גדלה ב-49.5% בהשוואה לזו שלפני השינוי, וזה היה טוב יותר מזה של שינוי HNO3.
פחם פעיל מסחרי שעבר שינוי עם HNO3 ו-H2O2 בהתאמה! שטחי הפנים הסגוליים לאחר השינוי היו 91.3% ו-80.8% מאלה שלפני השינוי, בהתאמה. קבוצות פונקציונליות חדשות המכילות חמצן כגון קרבוקסיל, קרבוניל ופנול נוספו לפני השטח. קיבולת הספיחה של ניטרובנזן על ידי שינוי HNO3 הייתה הטובה ביותר, פי 3.3 מזו שלפני השינוי. נמצא כי העלייה בתכולת הקבוצות הפונקציונליות המכילות חמצן בפחם פעיל לאחר שינוי חומצי הובילה לעלייה במספר נקודות הפעילות על פני השטח, אשר השפיעה ישירות על שיפור קיבולת הספיחה של הסופח המטרה.
בהשוואה לחומצות אנאורגניות, ישנם מעט דיווחים על שינוי חומצה אורגנית של פחם פעיל. השוו את השפעות שינוי חומצה אורגנית על תכונות מבנה הנקבוביות של פחם פעיל ועל ספיחת מתנול. לאחר השינוי, שטח הפנים הסגולי ונפח הנקבוביות הכולל של הפחם הפעיל ירדו. ככל שהחומציות חזקה יותר, כך הירידה גדולה יותר. לאחר שינוי עם חומצה אוקסלית, חומצה טרטרית וחומצת לימון, שטח הפנים הסגולי של הפחם הפעיל ירד מ-898.59 מ"ר·גרם-1 ל-788.03 מ"ר·גרם-1, 685.16 מ"ר·גרם-1 ו-622.98 מ"ר·גרם-1 בהתאמה. עם זאת, המיקרופורוזיות של הפחם הפעיל גדלה לאחר השינוי. המיקרופורוזיות של הפחם הפעיל שעבר שינוי עם חומצת לימון גדלה מ-75.9% ל-81.5%.
שינוי חומצה אוקסלית וחומצה טרטרית מועילים לספיחת מתנול, בעוד שלחומצת לימון יש השפעה מעכבת. עם זאת, ג'יי. פול צ'ן ואחרים [35] מצאו שפחם פעיל שעבר שינוי בחומצת לימון יכול לשפר את ספיחת יוני הנחושת. לין טאנג ואחרים [36] שינו פחם פעיל מסחרי עם חומצה פורמית, חומצה אוקסלית וחומצה אמינוסולפונית. לאחר השינוי, שטח הפנים הסגולי ונפח הנקבוביות הופחתו. קבוצות פונקציונליות המכילות חמצן כגון 0-HC-0, C-0 ו-S=0 נוצרו על פני המוצר המוגמר, ותעלות חרוטות לא אחידות וגבישים לבנים הופיעו. קיבולת הספיחה בשיווי משקל של אצטון ואיזופרופנול גם היא גדלה משמעותית.
טכנולוגיית שינוי תמיסה אלקלית
חוקרים מסוימים השתמשו גם בתמיסה אלקלית כדי לבצע הפעלה משנית על פחם פעיל. יש להשרות פחם פעיל תוצרת בית מבוסס פחם עם תמיסת Na0H בריכוזים שונים כדי לשלוט במבנה הנקבוביות. התוצאות הראו שריכוז אלקלי נמוך יותר תורם להגדלה והתרחבות הנקבוביות. האפקט הטוב ביותר הושג כאשר ריכוז המסה היה 20%. לפחם הפעיל היה שטח פנים סגולי גבוהים ביותר (681 מ"ר·גרם-1) ונפח נקבוביות (0.5916 סמ"ק·גרם-1). כאשר ריכוז המסה של Na0H עולה על 20%, מבנה הנקבוביות של הפחם הפעיל נהרס ופרמטרי מבנה הנקבוביות מתחילים לרדת. הסיבה לכך היא שריכוז גבוה של תמיסת Na0H יגרום לשלד הפחמן ולמספר רב של נקבוביות לקרוס.
הכנת פחם פעיל בעל ביצועים גבוהים על ידי ערבוב פולימרים. החומרים המקדימים היו שרף פורפורל ואלכוהול פורפוריל, ואתילן גליקול היה החומר היוצר נקבוביות. מבנה הנקבוביות נשלט על ידי התאמת תכולת שלושת הפולימרים, והתקבל חומר נקבובי עם גודל נקבוביות בין 0.008 ל-5 מיקרון. כמה חוקרים הוכיחו שניתן לפחמן סרט פוליאוריטן-אימיד (PUI) כדי לקבל סרט פחמן, וניתן לשלוט במבנה הנקבוביות על ידי שינוי המבנה המולקולרי של פרה-פולימר פוליאוריטן (PU) [41]. כאשר PUI מחומם ל-200 מעלות צלזיוס, נוצרים PU ופוליאימיד (PI). כאשר טמפרטורת הטיפול בחום עולה ל-400 מעלות צלזיוס, פירוליזה של PU מייצרת גז, וכתוצאה מכך נוצר מבנה נקבוביות על סרט ה-PI. לאחר הפחמון, מתקבל סרט פחמן. בנוסף, שיטת ערבוב הפולימרים יכולה גם לשפר במידה מסוימת תכונות פיזיקליות ומכניות של החומר.
טכנולוגיית ויסות הפעלה קטליטית
טכנולוגיית ויסות הפעלה קטליטית היא למעשה שילוב של שיטת הפעלה כימית ושיטת הפעלה בגז בטמפרטורה גבוהה. באופן כללי, חומרים כימיים מתווספים לחומרי הגלם כזרזים, והזרזים משמשים לסיוע בתהליך הפחמן או ההפעלה כדי להשיג חומרי פחמן נקבוביים. באופן כללי, למתכות יש בדרך כלל השפעות קטליטיות, אך ההשפעות הקטליטיות משתנות.
למעשה, בדרך כלל אין גבול ברור בין ויסות הפעלה כימית לוויסות הפעלה קטליטית של חומרים נקבוביים. הסיבה לכך היא ששתי השיטות מוסיפות ריאגנטים במהלך תהליך הפחמן וההפעלה. התפקיד הספציפי של ריאגנטים אלה קובע האם השיטה שייכת לקטגוריית ההפעלה הקטליטית.
מבנה חומר הפחמן הנקבובי עצמו, התכונות הפיזיקליות והכימיות של הזרז, תנאי התגובה הקטליטית ושיטת טעינת הזרז יכולים להיות בעלי דרגות שונות של השפעה על אפקט הוויסות. שימוש בפחם ביטומני כחומר גלם, Mn(N03)2 ו-Cu(N03)2 כזרזים יכולים להכין חומרים נקבוביים המכילים תחמוצות מתכת. כמות מתאימה של תחמוצות מתכת יכולה לשפר את הנקבוביות ונפח הנקבוביות, אך ההשפעות הקטליטיות של מתכות שונות שונות במקצת. Cu(N03)2 יכול לקדם את התפתחות הנקבוביות בטווח של 1.5~2.0 ננומטר. בנוסף, תחמוצות המתכת והמלחים האנורגניים הכלולים באפר חומר הגלם גם הם ישחקו תפקיד קטליטי בתהליך ההפעלה. שיה צ'יאנג ואחרים [42] האמינו שתגובת ההפעלה הקטליטית של יסודות כמו סידן וברזל בחומר אנאורגני יכולה לקדם את התפתחות הנקבוביות. כאשר תכולת שני היסודות הללו גבוהה מדי, שיעור הנקבוביות הבינוניות והגדולות במוצר עולה משמעותית.
מַסְקָנָה
למרות שפחם פעיל, כחומר הפחמן הנקבובי הירוק הנפוץ ביותר, מילא תפקיד חשוב בתעשייה ובחיים, עדיין יש לו פוטנציאל גדול לשיפור בהרחבת חומרי הגלם, הפחתת עלויות, שיפור איכות, שיפור אנרגיה, הארכת חיים ושיפור חוזק. מציאת חומרי גלם של פחם פעיל איכותיים וזולים, פיתוח טכנולוגיית ייצור נקייה ויעילה של פחם פעיל, ואופטימיזציה וויסות מבנה הנקבוביות של הפחם הפעיל בהתאם לתחומי יישום שונים יהיו כיוון חשוב לשיפור איכות מוצרי הפחם הפעיל ולקידום פיתוח איכותי של תעשיית הפחם הפעיל.
זמן פרסום: 27 באוגוסט 2024