ფოროვანი ნახშირბადის ფოროვანი სტრუქტურის ოპტიმიზაცია -Ⅱ

კეთილი იყოს თქვენი მობრძანება ჩვენს ვებგვერდზე, სადაც შეგიძლიათ მიიღოთ ინფორმაცია პროდუქტის შესახებ და კონსულტაცია.

ჩვენი ვებსაიტი:https://www.vet-china.com/

 

ფიზიკური და ქიმიური გააქტიურების მეთოდი

ფიზიკურ-ქიმიური გააქტიურების მეთოდი გულისხმობს ფოროვანი მასალების მომზადების მეთოდს, რომელიც აერთიანებს ზემოთ მოცემულ ორ გააქტიურების მეთოდს. როგორც წესი, ჯერ ხორციელდება ქიმიური გააქტიურება, შემდეგ კი ფიზიკური გააქტიურება. თავდაპირველად ცელულოზა დაალბეთ 68%-85%-იან H3PO4 ხსნარში 85°C ტემპერატურაზე 2 საათის განმავლობაში, შემდეგ დააკარბონეთ მაყუჩ ღუმელში 4 საათის განმავლობაში და შემდეგ გააქტიურეთ CO2-ით. მიღებული გააქტიურებული ნახშირბადის სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი 3700 მ2·გ-1-ს აღწევდა. ნედლეულად სიზალის ბოჭკოს გამოყენება სცადეს და H3PO4 გააქტიურებით მიღებული გააქტიურებული ნახშირბადის ბოჭკო (ACF) ერთხელ გაააქტიურეს, გააცხელეს 830°C-მდე N2 დაცვით და შემდეგ მეორადი გააქტიურებისთვის აქტივატორად გამოიყენეს წყლის ორთქლი. 60 წუთიანი გააქტიურების შემდეგ მიღებული ACF-ის სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა.

 

გააქტიურებული ფორების სტრუქტურის მახასიათებლების დახასიათებანახშირბადი

 
გააქტიურებული ნახშირბადის მახასიათებლების დახასიათების ხშირად გამოყენებული მეთოდები და გამოყენების მითითებები ნაჩვენებია ცხრილში 2. მასალის ფორების სტრუქტურის მახასიათებლების შემოწმება შესაძლებელია ორი ასპექტით: მონაცემთა ანალიზით და გამოსახულების ანალიზით.

 

გააქტიურებული ნახშირბადის ფორების სტრუქტურის ოპტიმიზაციის ტექნოლოგიის კვლევის პროგრესი

მიუხედავად იმისა, რომ გააქტიურებულ ნახშირს აქვს მდიდარი ფორები და უზარმაზარი სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი, მას შესანიშნავი ეფექტურობა აქვს მრავალ სფეროში. თუმცა, ნედლეულის ფართო სელექციურობისა და მომზადების რთული პირობების გამო, მზა პროდუქტებს ზოგადად აქვთ ისეთი ნაკლოვანებები, როგორიცაა ქაოტური ფორების სტრუქტურა, განსხვავებული სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი, ფორების ზომის უწესრიგო განაწილება და ზედაპირის შეზღუდული ქიმიური თვისებები. ამიტომ, არსებობს ისეთი ნაკლოვანებები, როგორიცაა დიდი დოზა და გამოყენების პროცესში ვიწრო ადაპტირება, რაც ვერ აკმაყოფილებს ბაზრის მოთხოვნებს. ამიტომ, დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს სტრუქტურის ოპტიმიზაციას და რეგულირებას და მისი ყოვლისმომცველი გამოყენების მახასიათებლების გაუმჯობესებას. ფორების სტრუქტურის ოპტიმიზაციისა და რეგულირებისთვის ხშირად გამოყენებულ მეთოდებს შორისაა ქიმიური რეგულირება, პოლიმერების შერევა და კატალიზური აქტივაციის რეგულირება.

 

ქიმიური რეგულირების ტექნოლოგია

ქიმიური რეგულირების ტექნოლოგია გულისხმობს ქიმიური რეაგენტებით აქტივაციის შემდეგ მიღებული ფოროვანი მასალების მეორადი აქტივაციის (მოდიფიკაციის) პროცესს, რომელიც იწვევს ორიგინალური ფორების ეროზიას, მიკროფორების გაფართოებას ან ახალი მიკროფორების შემდგომ შექმნას მასალის სპეციფიკური ზედაპირის ფართობისა და ფორების სტრუქტურის გასაზრდელად. ზოგადად, ერთი აქტივაციის შედეგად მიღებული პროდუქტი, ფორების სტრუქტურის რეგულირებისა და სპეციფიკური ზედაპირის ფართობის გაზრდის მიზნით, ქიმიურ ხსნარში 0.5-4-ჯერ იძირება. მეორადი აქტივაციისთვის რეაგენტებად შეიძლება გამოყენებულ იქნას ყველა სახის მჟავა და ტუტე ხსნარები.

 

მჟავა ზედაპირის დაჟანგვის მოდიფიკაციის ტექნოლოგია

მჟავა ზედაპირის დაჟანგვის მოდიფიკაცია რეგულირების ფართოდ გამოყენებადი მეთოდია. შესაბამის ტემპერატურაზე, მჟავა ოქსიდანტებს შეუძლიათ გააქტიურებული ნახშირის შიგნით არსებული ფორების გამდიდრება, მისი ფორების ზომის გაუმჯობესება და დაბლოკილი ფორების გაწმენდა. ამჟამად, ადგილობრივი და უცხოური კვლევები ძირითადად არაორგანული მჟავების მოდიფიკაციაზეა ორიენტირებული. HN03 ფართოდ გამოყენებადი ოქსიდანტია და ბევრი მეცნიერი HN03-ს გააქტიურებული ნახშირის მოდიფიკაციისთვის იყენებს. ტონგ ლიმ და სხვებმა [28] აღმოაჩინეს, რომ HN03-ს შეუძლია გააქტიურებული ნახშირის ზედაპირზე ჟანგბადის შემცველი და აზოტის შემცველი ფუნქციური ჯგუფების შემცველობის გაზრდა და ვერცხლისწყლის ადსორბციული ეფექტის გაუმჯობესება.

HN03-ით გააქტიურებული ნახშირის მოდიფიკაციის შემდეგ, გააქტიურებული ნახშირის სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი შემცირდა 652 მ2·გ-1-დან 241 მ2·გ-1-მდე, საშუალო ფორების ზომა გაიზარდა 1.27 ნმ-დან 1.641 ნმ-მდე, ხოლო ბენზოფენონის ადსორბციული უნარი სიმულირებულ ბენზინში გაიზარდა 33.7%-ით. ხის გააქტიურებული ნახშირის მოდიფიკაციის შემდეგ, HN03-ის 10% და 70% მოცულობითი კონცენტრაციით, შესაბამისად. შედეგები აჩვენებს, რომ 10% HN03-ით მოდიფიცირებული გააქტიურებული ნახშირის სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი გაიზარდა 925.45 მ2·გ-1-დან 960.52 მ2·გ-1-მდე; 70% HN03-ით მოდიფიკაციის შემდეგ, სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი შემცირდა 935.89 მ2·გ-1-მდე. Cu2+-ის მოცილების სიჩქარე HN03-ის ორი კონცენტრაციით მოდიფიცირებული გააქტიურებული ნახშირით შესაბამისად 70%-ზე და 90%-ზე მეტი იყო.

ადსორბციის სფეროში გამოყენებული გააქტიურებული ნახშირბადის შემთხვევაში, ადსორბციის ეფექტი დამოკიდებულია არა მხოლოდ ფორების სტრუქტურაზე, არამედ ადსორბენტის ზედაპირის ქიმიურ თვისებებზეც. ფორების სტრუქტურა განსაზღვრავს გააქტიურებული ნახშირბადის სპეციფიკურ ზედაპირს და ადსორბციის უნარს, ხოლო ზედაპირის ქიმიური თვისებები გავლენას ახდენს გააქტიურებულ ნახშირბადსა და ადსორბატს შორის ურთიერთქმედებაზე. საბოლოოდ, აღმოჩნდა, რომ გააქტიურებული ნახშირბადის მჟავა მოდიფიკაციას შეუძლია არა მხოლოდ გააქტიურებული ნახშირბადის შიგნით ფორების სტრუქტურის რეგულირება და დაბლოკილი ფორების გაწმენდა, არამედ მასალის ზედაპირზე მჟავე ჯგუფების შემცველობის გაზრდა და ზედაპირის პოლარობისა და ჰიდროფილურობის გაძლიერება. HCI-ით მოდიფიცირებული გააქტიურებული ნახშირბადით EDTA-ს ადსორბციის უნარი გაიზარდა 49.5%-ით მოდიფიკაციამდე არსებულთან შედარებით, რაც უკეთესი იყო HNO3 მოდიფიკაციით.

მოდიფიცირებული კომერციული გააქტიურებული ნახშირბადი HNO3-ით და H2O2-ით შესაბამისად! მოდიფიკაციის შემდეგ სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი შესაბამისად მოდიფიკაციამდე არსებული ზედაპირის 91.3% და 80.8% იყო. ზედაპირზე დაემატა ახალი ჟანგბადის შემცველი ფუნქციური ჯგუფები, როგორიცაა კარბოქსილი, კარბონილი და ფენოლი. ნიტრობენზოლის ადსორბციული უნარი HNO3 მოდიფიკაციით საუკეთესო იყო, რომელიც მოდიფიკაციამდე არსებულთან შედარებით 3.3-ჯერ მეტი იყო. აღმოჩნდა, რომ მჟავა მოდიფიკაციის შემდეგ გააქტიურებულ ნახშირბადში ჟანგბადის შემცველი ფუნქციური ჯგუფების შემცველობის ზრდამ გამოიწვია ზედაპირულად აქტიური წერტილების რაოდენობის ზრდა, რამაც პირდაპირი გავლენა მოახდინა სამიზნე ადსორბატის ადსორბციული უნარის გაუმჯობესებაზე.

არაორგანულ მჟავებთან შედარებით, გააქტიურებული ნახშირის ორგანული მჟავით მოდიფიკაციის შესახებ მცირე ინფორმაცია არსებობს. შეადარეთ ორგანული მჟავით მოდიფიკაციის გავლენა გააქტიურებული ნახშირის ფორების სტრუქტურის თვისებებსა და მეთანოლის ადსორბციაზე. მოდიფიკაციის შემდეგ, გააქტიურებული ნახშირის სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი და ფორების საერთო მოცულობა შემცირდა. რაც უფრო ძლიერია მჟავიანობა, მით უფრო დიდია შემცირება. მჟაუნმჟავით, ღვინის მჟავით და ლიმონმჟავით მოდიფიკაციის შემდეგ, გააქტიურებული ნახშირის სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი შემცირდა 898.59 მ2·გ-1-დან 788.03 მ2·გ-1-მდე, 685.16 მ2·გ-1-მდე და 622.98 მ2·გ-1-მდე შესაბამისად. თუმცა, გააქტიურებული ნახშირის მიკროფორიანობა მოდიფიკაციის შემდეგ გაიზარდა. ლიმონმჟავით მოდიფიცირებული გააქტიურებული ნახშირის მიკროფორიანობა გაიზარდა 75.9%-დან 81.5%-მდე.

მჟაუნმჟავას და ღვინის მჟავას მოდიფიკაცია სასარგებლოა მეთანოლის ადსორბციისთვის, ხოლო ლიმონმჟავას აქვს დამთრგუნველი ეფექტი. თუმცა, ჯ. პოლ ჩენმა და სხვებმა [35] აღმოაჩინეს, რომ ლიმონმჟავით მოდიფიცირებულმა გააქტიურებულმა ნახშირმა შეიძლება გააძლიეროს სპილენძის იონების ადსორბცია. ლინ ტანგმა და სხვებმა [36] მოდიფიცირება გაუკეთეს კომერციულ გააქტიურებულ ნახშირს ჭიანჭველმჟავას, მჟაუნმჟავას და ამინოსულფონის მჟავით. მოდიფიკაციის შემდეგ, შემცირდა სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი და ფორების მოცულობა. მზა პროდუქტის ზედაპირზე წარმოიქმნა ჟანგბადის შემცველი ფუნქციური ჯგუფები, როგორიცაა 0-HC-0, C-0 და S=0, და გაჩნდა არათანაბარი ამოტვიფრული არხები და თეთრი კრისტალები. აცეტონისა და იზოპროპანოლის წონასწორული ადსორბციული უნარიც მნიშვნელოვნად გაიზარდა.

 

ტუტე ხსნარის მოდიფიკაციის ტექნოლოგია

ზოგიერთმა მეცნიერმა გააქტიურებული ნახშირის მეორადი გააქტიურების შესასრულებლად ტუტე ხსნარიც გამოიყენა. ფორების სტრუქტურის გასაკონტროლებლად, ხელნაკეთი ნახშირზე დამზადებული გააქტიურებული ნახშირი სხვადასხვა კონცენტრაციის Na0H ხსნარით გაჟღენთეს. შედეგებმა აჩვენა, რომ ტუტეების დაბალი კონცენტრაცია ხელს უწყობდა ფორების გაფართოებას და გაფართოებას. საუკეთესო ეფექტი მიღწეული იქნა, როდესაც მასის კონცენტრაცია 20% იყო. გააქტიურებულ ნახშირს ჰქონდა ყველაზე მაღალი სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი (681 მ2·გ-1) და ფორების მოცულობა (0.5916 სმ3·გ-1). როდესაც Na0H-ის მასის კონცენტრაცია 20%-ს აღემატება, გააქტიურებული ნახშირის ფორების სტრუქტურა ნადგურდება და ფორების სტრუქტურის პარამეტრები იწყებს შემცირებას. ეს იმიტომ ხდება, რომ Na0H ხსნარის მაღალი კონცენტრაცია იწვევს ნახშირბადის ჩონჩხის კოროზიას და ფორების დიდი რაოდენობა დაინგრევა.

მაღალი ხარისხის გააქტიურებული ნახშირბადის მომზადება პოლიმერების შერევით. წინამორბედები იყო ფურფურალის ფისი და ფურფურილის სპირტი, ხოლო ეთილენგლიკოლი იყო ფორების წარმომქმნელი აგენტი. ფორების სტრუქტურა კონტროლდებოდა სამი პოლიმერის შემცველობის რეგულირებით და მიღებულ იქნა ფოროვანი მასალა 0.008-დან 5 მკმ-მდე ფორების ზომით. ზოგიერთმა მეცნიერმა დაამტკიცა, რომ პოლიურეთან-იმიდური ფირის (PUI) კარბონიზაცია შესაძლებელია ნახშირბადის ფირის მისაღებად, ხოლო ფორების სტრუქტურის კონტროლი შესაძლებელია პოლიურეთანის (PU) პრეპოლიმერის მოლეკულური სტრუქტურის შეცვლით [41]. როდესაც PUI თბება 200°C-მდე, წარმოიქმნება PU და პოლიიმიდი (PI). როდესაც თერმული დამუშავების ტემპერატურა 400°C-მდე იზრდება, PU პიროლიზი წარმოქმნის გაზს, რაც იწვევს ფორების სტრუქტურის ფორმირებას PI ფირზე. კარბონიზაციის შემდეგ მიიღება ნახშირბადის ფირი. გარდა ამისა, პოლიმერების შერევის მეთოდი გარკვეულწილად აუმჯობესებს მასალის ზოგიერთ ფიზიკურ და მექანიკურ თვისებას.

 

კატალიზური აქტივაციის რეგულირების ტექნოლოგია

კატალიზური აქტივაციის რეგულირების ტექნოლოგია სინამდვილეში ქიმიური აქტივაციის მეთოდისა და მაღალტემპერატურული გაზის აქტივაციის მეთოდის კომბინაციაა. როგორც წესი, ნედლეულს კატალიზატორების სახით ემატება ქიმიური ნივთიერებები და კატალიზატორები გამოიყენება კარბონიზაციის ან აქტივაციის პროცესის დასახმარებლად ფოროვანი ნახშირბადის მასალების მისაღებად. ზოგადად, ლითონებს, როგორც წესი, აქვთ კატალიზური ეფექტები, მაგრამ კატალიზური ეფექტები განსხვავებულია.

სინამდვილეში, ფოროვანი მასალების ქიმიური აქტივაციის რეგულირებასა და კატალიზური აქტივაციის რეგულირებას შორის, როგორც წესი, აშკარა საზღვარი არ არსებობს. ეს იმიტომ ხდება, რომ ორივე მეთოდი კარბონიზაციისა და აქტივაციის პროცესის დროს რეაგენტებს ამატებს. ამ რეაგენტების კონკრეტული როლი განსაზღვრავს, მიეკუთვნება თუ არა მეთოდი კატალიზური აქტივაციის კატეგორიას.

ფოროვანი ნახშირბადის მასალის სტრუქტურას, კატალიზატორის ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებს, კატალიზური რეაქციის პირობებს და კატალიზატორის ჩატვირთვის მეთოდს შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული ხარისხის გავლენა რეგულირების ეფექტზე. ბიტუმოვანი ნახშირის ნედლეულად, Mn(N03)2-ის და Cu(N03)2-ის კატალიზატორებად გამოყენებით შესაძლებელია ლითონის ოქსიდების შემცველი ფოროვანი მასალების მომზადება. ლითონის ოქსიდების შესაბამისი რაოდენობა აუმჯობესებს ფორიანობას და ფორების მოცულობას, მაგრამ სხვადასხვა ლითონის კატალიზური ეფექტები ოდნავ განსხვავებულია. Cu(N03)2-ს შეუძლია ხელი შეუწყოს ფორების განვითარებას 1.5~2.0 ნმ დიაპაზონში. გარდა ამისა, ნედლეულის ნაცარში შემავალი ლითონის ოქსიდები და არაორგანული მარილები ასევე ითამაშებენ კატალიზურ როლს აქტივაციის პროცესში. სიე ციანგი და სხვ. [42] თვლიდნენ, რომ არაორგანულ ნივთიერებაში ისეთი ელემენტების კატალიზური აქტივაციის რეაქცია, როგორიცაა კალციუმი და რკინა, ხელს უწყობს ფორების განვითარებას. როდესაც ამ ორი ელემენტის შემცველობა ძალიან მაღალია, პროდუქტში საშუალო და დიდი ფორების პროპორცია მნიშვნელოვნად იზრდება.

 

დასკვნა

მიუხედავად იმისა, რომ გააქტიურებული ნახშირბადი, როგორც ყველაზე ფართოდ გამოყენებული მწვანე ფოროვანი ნახშირბადის მასალა, მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ინდუსტრიასა და ცხოვრებაში, მას მაინც აქვს დიდი პოტენციალი ნედლეულის გაფართოების, ხარჯების შემცირების, ხარისხის გაუმჯობესების, ენერგიის გაუმჯობესების, სიცოცხლის გახანგრძლივებისა და სიმტკიცის გაუმჯობესების მიმართულებით. მაღალი ხარისხის და იაფი გააქტიურებული ნახშირბადის ნედლეულის მოძიება, სუფთა და ეფექტური გააქტიურებული ნახშირბადის წარმოების ტექნოლოგიის შემუშავება და გააქტიურებული ნახშირბადის ფორების სტრუქტურის ოპტიმიზაცია და რეგულირება სხვადასხვა გამოყენების სფეროების მიხედვით მნიშვნელოვანი მიმართულება იქნება გააქტიურებული ნახშირბადის პროდუქტების ხარისხის გაუმჯობესებისა და გააქტიურებული ნახშირბადის ინდუსტრიის მაღალი ხარისხის განვითარების ხელშეწყობის მიზნით.