Көмүртектин тешиктүү түзүлүшүн оптималдаштыруу -Ⅱ

Продукция жөнүндө маалымат алуу жана консультация алуу үчүн биздин веб-сайтка кош келиңиз.

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

 

Физикалык жана химиялык активдештирүү ыкмасы

Физикалык жана химиялык активдештирүү ыкмасы жогорудагы эки активдештирүү ыкмасын айкалыштыруу менен тешиктүү материалдарды даярдоо ыкмасын билдирет. Адатта, алгач химиялык активдештирүү, андан кийин физикалык активдештирүү жүргүзүлөт. Алгач целлюлозаны 68% ~ 85% H3PO4 эритмесине 85℃ температурада 2 саат чылап, андан кийин муфель мешинде 4 саат көмүрлөштүрүү, андан кийин CO2 менен активдештирүү керек. Алынган активдештирилген көмүрдүн салыштырмалуу беттик аянты 3700м2·г-1ге жеткен. Сисал буласын чийки зат катары колдонуп көрүңүз жана H3PO4 активдештирүү жолу менен алынган активдештирилген көмүр буласын (ACF) бир жолу активдештирип, N2 коргоосу астында 830℃ чейин ысытып, андан кийин экинчи активдештирүү үчүн суу буусун активдештирүүчү катары колдонуңуз. 60 мүнөт активдештирүүдөн кийин алынган ACFтин салыштырмалуу беттик аянты бир топ жакшырды.

 

Активдештирилген тешикчелердин түзүлүшүнүн иштешин мүнөздөөкөмүртек

 
Көп колдонулган активдештирилген көмүрдүн натыйжалуулугун мүнөздөө ыкмалары жана колдонуу боюнча көрсөтмөлөр 2-таблицада көрсөтүлгөн. Материалдын тешикчелеринин түзүлүшүнүн мүнөздөмөлөрүн эки аспект боюнча текшерүүгө болот: маалыматтарды талдоо жана сүрөттөрдү талдоо.

 

Активдештирилген көмүрдүн тешикчелеринин түзүлүшүн оптималдаштыруу технологиясын изилдөөнүн жүрүшү

Активдештирилген көмүрдүн тешикчелери бай жана чоң салыштырмалуу беттик аянты болгону менен, ал көптөгөн тармактарда эң сонун көрсөткүчтөргө ээ. Бирок, чийки заттын кеңири тандалмалуулугунан жана татаал даярдоо шарттарынан улам, даяр продукциялар жалпысынан башаламан тешикчелердин түзүлүшү, ар кандай салыштырмалуу беттик аянт, тешикчелердин өлчөмүнүн башаламан бөлүштүрүлүшү жана чектелген беттик химиялык касиеттери сыяктуу кемчиликтерге ээ. Ошондуктан, колдонуу процессинде чоң доза жана тар адаптация сыяктуу кемчиликтер бар, алар рыноктун талаптарына жооп бере албайт. Ошондуктан, структураны оптималдаштыруу жана жөнгө салуу, ошондой эле анын комплекстүү пайдалануу көрсөткүчтөрүн жакшыртуу чоң практикалык мааниге ээ. Тешикчелердин түзүлүшүн оптималдаштыруу жана жөнгө салуу үчүн кеңири колдонулган ыкмаларга химиялык жөнгө салуу, полимерлерди аралаштыруу жана каталитикалык активдештирүүнү жөнгө салуу кирет.

 

Химиялык жөнгө салуу технологиясы

Химиялык жөнгө салуу технологиясы химиялык реагенттер менен активдештирилгенден кийин алынган тешиктүү материалдарды экинчилик активдештирүү (модификациялоо) процессин билдирет, баштапкы тешикчелерди эрозияга учуратат, микро тешикчелерди кеңейтет же материалдын салыштырмалуу беттик аянтын жана тешикчелердин түзүлүшүн көбөйтүү үчүн жаңы микро тешикчелерди андан ары түзөт. Жалпысынан алганда, бир активдештирүүнүн даяр продуктусу тешикчелердин түзүлүшүн жөнгө салуу жана салыштырмалуу беттик аянтты көбөйтүү үчүн, адатта, 0,5 ~ 4 эсе көп химиялык эритмеге чөмүлөт. Экинчилик активдештирүү үчүн реагенттер катары ар кандай кислота жана щелочтуу эритмелерди колдонсо болот.

 

Кислота бетинин кычкылдануусун модификациялоо технологиясы

Кислота бетинин кычкылдануусун модификациялоо кеңири колдонулган жөнгө салуу ыкмасы болуп саналат. Тиешелүү температурада кислота кычкылдандыргычтар активдештирилген көмүрдүн ичиндеги тешикчелерди байытып, анын тешикчелеринин өлчөмүн жакшыртып, тыгылып калган тешикчелерди тазалай алат. Учурда ата мекендик жана чет элдик изилдөөлөр негизинен органикалык эмес кислоталарды модификациялоого багытталган. HN03 кеңири колдонулган кычкылдандыргыч болуп саналат жана көптөгөн окумуштуулар активдештирилген көмүрдү модификациялоо үчүн HN03 колдонушат. Тонг Ли жана башкалар [28] HN03 активдештирилген көмүрдүн бетиндеги кычкылтек камтыган жана азот камтыган функционалдык топтордун курамын көбөйтүп, сымаптын адсорбциялык таасирин жакшырта аларын аныкташкан.

HN03 менен активдештирилген көмүрдү модификациялоодо, модификациядан кийин, активдештирилген көмүрдүн салыштырмалуу беттик аянты 652 м2·г-1ден 241 м2·г-1ге чейин төмөндөгөн, орточо тешикчелердин өлчөмү 1,27 нмден 1,641 нмге чейин жогорулаган, ал эми симуляцияланган бензиндеги бензофенондун адсорбциялык кубаттуулугу 33,7%га жогорулаган. HN03 көлөмдүк концентрациясы тиешелүүлүгүнө жараша 10% жана 70% болгон жыгачтан жасалган активдештирилген көмүрдү модификациялоодо. Жыйынтыктар көрсөткөндөй, 10% HN03 менен модификацияланган активдештирилген көмүрдүн салыштырмалуу беттик аянты 925,45 м2·г-1ден 960,52 м2·г-1ге чейин жогорулаган; 70% HN03 менен модификациялоодон кийин, салыштырмалуу беттик аянты 935,89 м2·г-1ге чейин төмөндөгөн. HN03 эки концентрациясы менен модификацияланган активдештирилген көмүр менен Cu2+ алып салуу ылдамдыгы тиешелүүлүгүнө жараша 70% жана 90% жогору болгон.

Адсорбция тармагында колдонулган активдештирилген көмүр үчүн адсорбциялык эффект тешикчелердин түзүлүшүнө гана эмес, адсорбенттин беттик химиялык касиеттерине да көз каранды. Тешикчелердин түзүлүшү активдештирилген көмүрдүн салыштырмалуу беттик аянтын жана адсорбциялык жөндөмдүүлүгүн аныктайт, ал эми беттик химиялык касиеттер активдештирилген көмүр менен адсорбаттын өз ара аракеттенүүсүнө таасир этет. Акырында, активдештирилген көмүрдүн кислоталык модификациясы активдештирилген көмүрдүн ичиндеги тешикчелердин түзүлүшүн жөндөп, тыгылып калган тешикчелерди тазалап гана тим болбостон, материалдын бетиндеги кислоталык топтордун курамын көбөйтүп, беттин полярдуулугун жана гидрофилдүүлүгүн жогорулата алары аныкталды. HCI менен модификацияланган активдештирилген көмүр менен ЭДТАнын адсорбциялык жөндөмдүүлүгү мурунку модификацияга салыштырмалуу 49,5% га жогорулаган, бул HNO3 модификациясына караганда жакшыраак болгон.

HNO3 жана H2O2 кошулган модификацияланган коммерциялык активдештирилген көмүр! Модификациядан кийинки салыштырмалуу беттик аянттар модификацияга чейинки аянттардын 91,3% жана 80,8% түзгөн. Бетке карбоксил, карбонил жана фенол сыяктуу жаңы кычкылтек камтыган функционалдык топтор кошулган. HNO3 модификациясы менен нитробензолдун адсорбциялык жөндөмдүүлүгү эң жакшы болгон, ал модификацияга чейинкиге караганда 3,3 эсе көп болгон. Кислота модификациясынан кийин активдештирилген көмүрдөгү кычкылтек камтыган функционалдык топтордун курамынын көбөйүшү беттик активдүү чекиттердин санынын көбөйүшүнө алып келгени, бул максаттуу адсорбаттын адсорбциялык жөндөмдүүлүгүн жакшыртууга түздөн-түз таасир эткени аныкталган.

Органикалык эмес кислоталар менен салыштырганда, активдештирилген көмүрдүн органикалык кислота менен модификацияланышы жөнүндө маалыматтар аз. Органикалык кислотанын модификациясынын активдештирилген көмүрдүн тешикчелеринин түзүлүш касиеттерине жана метанолдун адсорбциясына тийгизген таасирин салыштырып көрүңүз. Модификациядан кийин активдештирилген көмүрдүн салыштырмалуу беттик аянты жана жалпы тешикчелеринин көлөмү азайган. Кычкылдуулук канчалык күчтүү болсо, төмөндөө ошончолук чоң болот. Оксалат кислотасы, шарап кислотасы жана лимон кислотасы менен модификациядан кийин активдештирилген көмүрдүн салыштырмалуу беттик аянты тиешелүүлүгүнө жараша 898,59 м2·г-1ден 788,03 м2·г-1ге, 685,16 м2·г-1ге жана 622,98 м2·г-1ге чейин азайган. Бирок, модификациядан кийин активдештирилген көмүрдүн микрокеңейтүүлүгү жогорулаган. Лимон кислотасы менен модификацияланган активдештирилген көмүрдүн микрокеңейтүүлүгү 75,9%дан 81,5%га чейин жогорулаган.

Оксал кислотасы жана шарап кислотасынын модификациясы метанолдун адсорбциясына пайдалуу, ал эми лимон кислотасы ингибирлөөчү таасирге ээ. Бирок, Ж.Пол Чен жана башкалар [35] лимон кислотасы менен модификацияланган активдештирилген көмүр жез иондорунун адсорбциясын күчөтө аларын аныкташкан. Лин Тан жана башкалар [36] кумурска кислотасы, оксал кислотасы жана аминосульфон кислотасы менен коммерциялык активдештирилген көмүрдү модификациялашкан. Модификациядан кийин, салыштырмалуу беттик аянт жана тешикчелердин көлөмү азайган. Даяр продуктунун бетинде 0-HC-0, C-0 жана S=0 сыяктуу кычкылтек камтыган функционалдык топтор пайда болуп, тегиз эмес оюлган каналдар жана ак кристаллдар пайда болгон. Ацетон менен изопропанолдун тең салмактуулук адсорбциялык жөндөмдүүлүгү да бир топ жогорулаган.

 

Щелочтуу эритмени модификациялоо технологиясы

Айрым окумуштуулар активдүү көмүрдө экинчилик активдештирүү үчүн щелочтуу эритмени да колдонушкан. Тешикчелердин түзүлүшүн көзөмөлдөө үчүн үй шартында жасалган көмүр негизиндеги активдүү көмүрдү ар кандай концентрациядагы Na0H эритмеси менен сиңирип алышкан. Жыйынтыктар көрсөткөндөй, щелочтуу концентрациянын төмөндүгү тешикчелердин чоңоюшуна жана кеңейишине өбөлгө түзөт. Эң жакшы натыйжага массалык концентрация 20% болгондо жетишилген. Активдештирилген көмүрдүн эң жогорку салыштырма беттик аянты (681 м2·г-1) жана тешикчелердин көлөмү (0,5916 см3·г-1) болгон. Na0H массалык концентрациясы 20% ашканда, активдүү көмүрдүн тешикчелеринин түзүлүшү бузулуп, тешикчелердин түзүлүшүнүн параметрлери төмөндөй баштайт. Себеби, Na0H эритмесинин жогорку концентрациясы көмүртек скелетинин коррозиясына алып келет жана көп сандагы тешикчелер кулайт.

Полимерди аралаштыруу аркылуу жогорку натыйжалуу активдештирилген көмүрдү даярдоо. Алдын ала кошулмалар фурфурол чайыры жана фурфурил спирти болгон, ал эми этиленгликоль тешикчелерди пайда кылуучу агент болгон. Тешикчелердин түзүлүшү үч полимердин курамын тууралоо менен көзөмөлдөнүп, тешикчелердин өлчөмү 0,008ден 5 мкмге чейинки тешикчелүү материал алынган. Айрым окумуштуулар полиуретан-имид пленкасын (PUI) көмүртек пленкасын алуу үчүн көмүрлөштүрүүгө болорун жана тешикчелердин түзүлүшүн полиуретан (PU) преполимеринин молекулярдык түзүлүшүн өзгөртүү менен башкарууга болорун далилдешкен [41]. PUI 200°C чейин ысытылганда, PU жана полиимид (PI) пайда болот. Жылуулук менен иштетүү температурасы 400°C чейин көтөрүлгөндө, PU пиролизи газды пайда кылат, натыйжада PI пленкасында тешикчелүү түзүлүш пайда болот. Көмүрлөштүрүүдөн кийин көмүртек пленкасы алынат. Мындан тышкары, полимерди аралаштыруу ыкмасы материалдын айрым физикалык жана механикалык касиеттерин белгилүү бир деңгээлде жакшырта алат.

 

Каталитикалык активдештирүүнү жөнгө салуу технологиясы

Каталитикалык активдештирүүнү жөнгө салуу технологиясы чындыгында химиялык активдештирүү ыкмасынын жана жогорку температурадагы газды активдештирүү ыкмасынын айкалышы болуп саналат. Негизинен, химиялык заттар чийки затка катализатор катары кошулат жана катализаторлор көңдөй көмүртек материалдарын алуу үчүн көмүрлөштүрүү же активдештирүү процессине көмөктөшүү үчүн колдонулат. Жалпысынан алганда, металлдар көбүнчө каталитикалык таасирге ээ, бирок каталитикалык таасирлер ар кандай болот.

Чындыгында, тешиктүү материалдардын химиялык активдешүүсүн жөнгө салуу менен каталитикалык активдешүүсүн жөнгө салуунун ортосунда ачык чек ара жок. Себеби, эки ыкма тең көмүрлөштүрүү жана активдештирүү процессинде реагенттерди кошот. Бул реагенттердин өзгөчө ролу ыкманын каталитикалык активдештирүү категориясына кирерин аныктайт.

Кеуек көмүртек материалынын өзүнүн түзүлүшү, катализатордун физикалык жана химиялык касиеттери, каталитикалык реакция шарттары жана катализаторду жүктөө ыкмасы жөнгө салуу эффектисине ар кандай деңгээлде таасир этиши мүмкүн. Чийки зат катары битум көмүрүн колдонуу менен, Mn(N03)2 жана Cu(N03)2 катализатор катары металл оксиддерин камтыган кеуектүү материалдарды даярдай алат. Металл оксиддеринин тийиштүү өлчөмү кеуектүүлүктү жана кеуектүүлүктүн көлөмүн жакшырта алат, бирок ар кандай металлдардын каталитикалык таасири бир аз айырмаланат. Cu(N03)2 1,5 ~ 2,0 нм диапазонунда кеуектүүлүктүн өнүгүшүнө өбөлгө түзө алат. Мындан тышкары, чийки заттын күлүндөгү металл оксиддери жана органикалык эмес туздар да активдештирүү процессинде каталитикалык ролду ойнойт. Се Цян жана башкалар [42] органикалык эмес заттардагы кальций жана темир сыяктуу элементтердин каталитикалык активдештирүү реакциясы кеуектүүлүктүн өнүгүшүнө өбөлгө түзө алат деп эсептешкен. Бул эки элементтин курамы өтө жогору болгондо, продукттагы орто жана чоң кеуектүүлүктүн үлүшү бир топ жогорулайт.

 

Жыйынтык

Активдештирилген көмүр, эң кеңири колдонулган жашыл тешиктүү көмүртек материалы катары, өнөр жайда жана жашоодо маанилүү ролду ойногону менен, чийки затты кеңейтүү, чыгымдарды азайтуу, сапатты жакшыртуу, энергияны жакшыртуу, кызмат мөөнөтүн узартуу жана бекемдикти жакшыртуу жаатында дагы эле чоң мүмкүнчүлүктөргө ээ. Жогорку сапаттагы жана арзан активдештирилген көмүр чийки заттарын табуу, таза жана натыйжалуу активдештирилген көмүр өндүрүү технологиясын иштеп чыгуу, ошондой эле ар кандай колдонуу тармактарына ылайык активдештирилген көмүрдүн тешикчелеринин түзүлүшүн оптималдаштыруу жана жөнгө салуу активдештирилген көмүр продукцияларынын сапатын жакшыртуу жана активдештирилген көмүр өнөр жайын жогорку сапатта өнүктүрүү үчүн маанилүү багыт болот.