Кеуекті көміртегі кеуекті құрылымын оңтайландыру -Ⅱ

Өнім туралы ақпарат алу және кеңес алу үшін біздің веб-сайтқа қош келдіңіз.

Біздің веб-сайт:https://www.vet-china.com/

 

Физикалық және химиялық активтендіру әдісі

Физикалық және химиялық активтендіру әдісі жоғарыда аталған екі активтендіру әдісін біріктіру арқылы кеуекті материалдарды дайындау әдісін білдіреді. Әдетте, алдымен химиялық активтендіру, содан кейін физикалық активтендіру жүзеге асырылады. Алдымен целлюлозаны 68% ~ 85% H3PO4 ерітіндісінде 85℃ температурада 2 сағат бойы жібітіңіз, содан кейін муфель пешінде 4 сағат бойы көміртеңіз, содан кейін CO2-мен активтендіріңіз. Алынған активтендіру көмірінің меншікті бетінің ауданы 3700 м2·г-1 дейін жетті. Шикізат ретінде сисал талшығын пайдаланып көріңіз және H3PO4 активтендіру арқылы алынған активтендіру көміртегі талшығын (ACF) бір рет активтендіріңіз, оны N2 қорғанысымен 830℃ дейін қыздырыңыз, содан кейін екінші реттік активтендіру үшін активатор ретінде су буын пайдаланыңыз. 60 минуттық активтендіруден кейін алынған ACF-тің меншікті бетінің ауданы айтарлықтай жақсарды.

 

Белсендірілген тері тесігінің құрылымының өнімділігін сипаттаукөміртек

 
Белсендірілген көмірдің өнімділігін сипаттау әдістері мен қолдану нұсқаулары 2-кестеде көрсетілген. Материалдың кеуек құрылымының сипаттамаларын екі аспект бойынша тексеруге болады: деректерді талдау және кескіндерді талдау.

 

Белсендірілген көмірдің кеуек құрылымын оңтайландыру технологиясын зерттеудің жетістіктері

Белсендірілген көмірдің тесіктері бай және меншікті бетінің ауданы үлкен болғанымен, ол көптеген салаларда тамаша өнімділікке ие. Дегенмен, шикізаттың кең таңдауы мен күрделі дайындау жағдайларына байланысты дайын өнімдерде әдетте хаотикалық тесік құрылымы, әртүрлі меншікті бетінің ауданы, тесік өлшемінің ретсіз таралуы және беттік химиялық қасиеттерінің шектеулілігі сияқты кемшіліктер бар. Сондықтан қолдану процесінде үлкен мөлшерлеу және тар бейімделу сияқты кемшіліктер бар, олар нарық талаптарына сай келмейді. Сондықтан құрылымды оңтайландыру және реттеу, сондай-ақ оның кешенді пайдалану өнімділігін жақсарту өте практикалық маңызға ие. Кеуек құрылымын оңтайландыру және реттеу үшін жиі қолданылатын әдістерге химиялық реттеу, полимерлерді араластыру және каталитикалық белсендіруді реттеу жатады.

 

Химиялық реттеу технологиясы

Химиялық реттеу технологиясы химиялық реагенттермен белсендірілгеннен кейін алынған кеуекті материалдарды екінші реттік белсендіру (модификациялау) процесін білдіреді, бастапқы кеуектерді эрозияға ұшыратады, микрокеуектерді кеңейтеді немесе материалдың меншікті беткі ауданын және кеуек құрылымын арттыру үшін жаңа микрокеуектерді одан әрі жасайды. Жалпы алғанда, бір белсендірудің дайын өнімі кеуек құрылымын реттеу және меншікті беткі ауданын арттыру үшін әдетте 0,5 ~ 4 есе химиялық ерітіндіге батырылады. Екінші реттік белсендіру үшін реагенттер ретінде барлық қышқыл және сілті ерітінділерін пайдалануға болады.

 

Қышқыл бетінің тотығуын модификациялау технологиясы

Қышқыл бетінің тотығуын модификациялау - жиі қолданылатын реттеу әдісі. Тиісті температурада қышқыл тотықтырғыштар белсендірілген көмірдің ішіндегі тесіктерді байыта алады, оның тесіктерінің өлшемін жақсарта алады және бітелген тесіктерді тереңдете алады. Қазіргі уақытта отандық және шетелдік зерттеулер негізінен бейорганикалық қышқылдарды модификациялауға бағытталған. HN03 жиі қолданылатын тотықтырғыш болып табылады, және көптеген ғалымдар белсендірілген көмірді модификациялау үшін HN03 пайдаланады. Тонг Ли және т.б. [28] HN03 белсендірілген көмірдің бетіндегі оттегі және азот құрамдас функционалдық топтардың мөлшерін арттыра алатынын және сынаптың адсорбциялық әсерін жақсарта алатынын анықтады.

HN03 көмегімен белсендірілген көмірді модификациялағаннан кейін, белсендірілген көмірдің меншікті бетінің ауданы 652 м2·г-1-ден 241 м2·г-1-ге дейін төмендеді, орташа кеуек өлшемі 1,27 нм-ден 1,641 нм-ге дейін өсті, ал модельденген бензиндегі бензофенонның адсорбциялық сыйымдылығы 33,7%-ға артты. HN03 көлемдік концентрациясы сәйкесінше 10% және 70% болатын ағаш белсендірілген көмірді модификациялау. Нәтижелер 10% HN03 көмегімен модификацияланған белсендірілген көмірдің меншікті бетінің ауданы 925,45 м2·г-1-ден 960,52 м2·г-1-ге дейін өскенін көрсетеді; 70% HN03 көмегімен модификациялағаннан кейін меншікті бетінің ауданы 935,89 м2·г-1-ге дейін төмендеді. HN03 екі концентрациясымен модификацияланған белсендірілген көмірмен Cu2+ жою жылдамдығы сәйкесінше 70% және 90%-дан жоғары болды.

Адсорбция саласында қолданылатын белсендірілген көмір үшін адсорбция әсері тек кеуек құрылымына ғана емес, сонымен қатар адсорбенттің беттік химиялық қасиеттеріне де байланысты. Кеуек құрылымы белсендірілген көмірдің меншікті беттік ауданын және адсорбция сыйымдылығын анықтайды, ал беттік химиялық қасиеттер белсендірілген көмір мен адсорбат арасындағы өзара әрекеттесуге әсер етеді. Соңында, белсендірілген көмірдің қышқылдық модификациясы белсендірілген көмірдің ішіндегі кеуек құрылымын реттеп, бітелген кеуектерді тазартып қана қоймай, сонымен қатар материал бетіндегі қышқылдық топтардың мөлшерін арттырып, беттің полярлығы мен гидрофильділігін арттыра алатыны анықталды. HCI арқылы модификацияланған белсендірілген көмірмен ЭДТА адсорбция сыйымдылығы модификацияға дейінгімен салыстырғанда 49,5%-ға артты, бұл HNO3 модификациясына қарағанда жақсы болды.

HNO3 және H2O2 қосылған модификацияланған коммерциялық белсендірілген көмір! Модификациядан кейінгі меншікті беткі аудандар модификацияға дейінгі аудандардың сәйкесінше 91,3% және 80,8% құрады. Бетіне карбоксил, карбонил және фенол сияқты жаңа оттегі құрамдас функционалды топтар қосылды. HNO3 модификациясы арқылы нитробензолдың адсорбциялық қабілеті ең жақсы болды, бұл модификацияға дейінгіден 3,3 есе жоғары болды. Қышқылмен модификациядан кейін белсендірілген көмірдегі оттегі құрамдас функционалды топтардың мөлшерінің артуы беткі белсенді нүктелер санының артуына әкеліп соқтырғаны анықталды, бұл мақсатты адсорбаттың адсорбциялық қабілетін жақсартуға тікелей әсер етті.

Бейорганикалық қышқылдармен салыстырғанда, белсендірілген көмірдің органикалық қышқылдық модификациясы туралы есептер аз. Белсендірілген көмірдің кеуек құрылымының қасиеттеріне және метанолдың адсорбциясына органикалық қышқылдық модификацияның әсерін салыстырыңыз. Модификациядан кейін белсендірілген көмірдің меншікті беткі ауданы мен жалпы кеуек көлемі азайды. Қышқылдық неғұрлым күшті болса, соғұрлым азаяды. Қымыздық қышқылымен, шарап қышқылымен және лимон қышқылымен модификациядан кейін белсендірілген көмірдің меншікті беткі ауданы сәйкесінше 898,59 м2·г-1-ден 788,03 м2·г-1-ге, 685,16 м2·г-1-ге және 622,98 м2·г-1-ге дейін төмендеді. Дегенмен, модификациядан кейін белсендірілген көмірдің микрокеуектілігі артты. Лимон қышқылымен модификацияланған белсендірілген көмірдің микрокеуектілігі 75,9%-дан 81,5%-ға дейін өсті.

Қымыздық қышқылы мен шарап қышқылының модификациясы метанолдың адсорбциясына пайдалы, ал лимон қышқылы тежегіш әсерге ие. Дегенмен, Дж.Пол Чен және т.б. [35] лимон қышқылымен модификацияланған белсендірілген көмір мыс иондарының адсорбциясын күшейте алатынын анықтады. Лин Тан және т.б. [36] құмырсқа қышқылымен, қымыздық қышқылымен және аминосульфон қышқылымен модификацияланған коммерциялық белсендірілген көмірді жасады. Модификациядан кейін меншікті беткі ауданы мен кеуек көлемі азайды. Дайын өнімнің бетінде 0-HC-0, C-0 және S=0 сияқты оттегі бар функционалды топтар пайда болды, ал біркелкі емес ойылған арналар мен ақ кристалдар пайда болды. Ацетон мен изопропанолдың тепе-теңдік адсорбция сыйымдылығы да айтарлықтай артты.

 

Сілтілік ерітіндіні модификациялау технологиясы

Кейбір ғалымдар белсендірілген көмірде екінші реттік белсендіруді жүзеге асыру үшін сілтілі ерітіндіні де пайдаланды. Кеуек құрылымын бақылау үшін үйде жасалған көмір негізіндегі белсендірілген көмірді әртүрлі концентрациядағы Na0H ерітіндісімен сіңдіріңіз. Нәтижелер сілтінің төмен концентрациясы кеуектердің ұлғаюына және кеңеюіне ықпал ететінін көрсетті. Ең жақсы әсерге массалық концентрация 20% болғанда қол жеткізілді. Белсендірілген көмірдің меншікті беткі ауданы (681 м2·г-1) және кеуек көлемі (0,5916 см3·г-1) ең жоғары болды. Na0H массалық концентрациясы 20%-дан асқанда, белсендірілген көмірдің кеуек құрылымы бұзылады және кеуек құрылымының параметрлері төмендей бастайды. Себебі Na0H ерітіндісінің жоғары концентрациясы көміртек қаңқасын коррозияға ұшыратады және көптеген кеуектер құлайды.

Полимерді араластыру арқылы жоғары өнімді белсендірілген көмірді дайындау. Алғышарттар фурфурол шайыры және фурфурил спирті болды, ал этиленгликоль кеуек түзуші агент болды. Кеуек құрылымы үш полимердің құрамын реттеу арқылы бақыланды және кеуек өлшемі 0,008 және 5 мкм аралығындағы кеуекті материал алынды. Кейбір ғалымдар полиуретан-имидті пленканы (PUI) көміртекті пленка алу үшін көміртекті етуге болатынын және кеуек құрылымын полиуретан (PU) преполимерінің молекулалық құрылымын өзгерту арқылы басқаруға болатынын дәлелдеді [41]. PUI 200°C дейін қыздырылған кезде PU және полиимид (PI) түзіледі. Термиялық өңдеу температурасы 400°C дейін көтерілгенде, PU пиролизі газ шығарады, нәтижесінде PI пленкасында кеуек құрылымы пайда болады. Карбонизациядан кейін көміртекті пленка алынады. Сонымен қатар, полимерді араластыру әдісі материалдың кейбір физикалық және механикалық қасиеттерін белгілі бір дәрежеде жақсарта алады.

 

Каталитикалық активтендіруді реттеу технологиясы

Каталитикалық активтендіруді реттеу технологиясы іс жүзінде химиялық активтендіру әдісі мен жоғары температуралы газды активтендіру әдісінің үйлесімі болып табылады. Әдетте, химиялық заттар шикізатқа катализатор ретінде қосылады, ал катализаторлар кеуекті көміртекті материалдарды алу үшін көміртектену немесе активтендіру процесіне көмектесу үшін қолданылады. Жалпы алғанда, металдар әдетте каталитикалық әсерге ие, бірақ каталитикалық әсерлер әртүрлі болады.

Шын мәнінде, кеуекті материалдардың химиялық белсендіруді реттеуі мен каталитикалық белсендіруді реттеуі арасында әдетте айқын шекара болмайды. Себебі екі әдіс те көміртектену және белсендіру процесінде реагенттерді қосады. Бұл реагенттердің нақты рөлі әдістің каталитикалық белсендіру санатына жататынын анықтайды.

Кеуекті көміртекті материалдың құрылымы, катализатордың физикалық және химиялық қасиеттері, каталитикалық реакция жағдайлары және катализаторды тиеу әдісі реттеу әсеріне әртүрлі дәрежеде әсер етуі мүмкін. Шикізат ретінде битумды көмірді пайдалану, катализатор ретінде Mn(N03)2 және Cu(N03)2 металл оксидтері бар кеуекті материалдарды дайындауға мүмкіндік береді. Металл оксидтерінің тиісті мөлшері кеуектілікті және кеуек көлемін жақсарта алады, бірақ әртүрлі металдардың каталитикалық әсері аздап ерекшеленеді. Cu(N03)2 1,5 ~ 2,0 нм диапазонында кеуектердің дамуына ықпал ете алады. Сонымен қатар, шикізат күліндегі металл оксидтері мен бейорганикалық тұздар да активация процесінде каталитикалық рөл атқарады. Се Цян және т.б. [42] бейорганикалық заттардағы кальций мен темір сияқты элементтердің каталитикалық активация реакциясы кеуектердің дамуына ықпал етеді деп сенді. Бұл екі элементтің мөлшері тым жоғары болған кезде, өнімдегі орташа және үлкен кеуектердің үлесі айтарлықтай артады.

 

Қорытынды

Белсендірілген көмір, ең кең таралған жасыл кеуекті көміртекті материал ретінде, өнеркәсіпте және өмірде маңызды рөл атқарғанымен, шикізатты кеңейту, шығындарды азайту, сапаны жақсарту, энергияны жақсарту, қызмет ету мерзімін ұзарту және беріктікті жақсарту салаларында әлі де үлкен әлеуетке ие. Жоғары сапалы және арзан белсендірілген көмір шикізатын табу, таза және тиімді белсендірілген көмір өндіру технологиясын әзірлеу, сондай-ақ әртүрлі қолдану салаларына сәйкес белсендірілген көмірдің кеуекті құрылымын оңтайландыру және реттеу белсендірілген көмір өнімдерінің сапасын жақсарту және белсендірілген көмір өнеркәсібінің жоғары сапалы дамуын ілгерілету үшін маңызды бағыт болады.