Porėtos anglies porų struktūros optimizavimas -Ⅱ

Sveiki atvykę į mūsų svetainę, kurioje rasite informacijos apie produktus ir konsultacijas.

Mūsų svetainė:https://www.vet-china.com/

 

Fizikinio ir cheminio aktyvinimo metodas

Fizikinio ir cheminio aktyvinimo metodas – tai porėtų medžiagų gamybos metodas, derinant du aukščiau nurodytus aktyvinimo metodus. Paprastai pirmiausia atliekama cheminė aktyvacija, o tada – fizinė. Pirmiausia celiuliozė 2 valandas mirkoma 68–85 % H3PO4 tirpale 85 ℃ temperatūroje, po to 4 valandas karbonizuojama mufelinėje krosnyje ir aktyvuojama CO2. Gautos aktyvuotos anglies savitasis paviršiaus plotas siekė net 3700 m2·g-1. Kaip žaliavą bandyta naudoti sizalio pluoštą, o H3PO4 aktyvinimo būdu gautas aktyvuotos anglies pluoštas (ACF) buvo aktyvuotas vieną kartą, pašildytas iki 830 ℃ N2 apsaugoje, o tada kaip aktyvatorius panaudotas vandens garas antrinei aktyvacijai. Po 60 minučių aktyvacijos gautos ACF savitasis paviršiaus plotas žymiai padidėjo.

 

Aktyvuotų porų struktūros charakteristikų apibūdinimasanglies

 
Dažniausiai naudojami aktyvuotos anglies eksploatacinių savybių apibūdinimo metodai ir taikymo kryptys pateikti 2 lentelėje. Medžiagos porų struktūros charakteristikas galima patikrinti dviem aspektais: duomenų analize ir vaizdų analize.

 

Aktyvuotos anglies porų struktūros optimizavimo technologijos tyrimų pažanga

Nors aktyvuota anglis turi dideles poras ir didelį savitąjį paviršiaus plotą, ji puikiai veikia daugelyje sričių. Tačiau dėl plataus žaliavų selektyvumo ir sudėtingų paruošimo sąlygų galutiniai produktai paprastai turi chaotiškos porų struktūros, skirtingo savitojo paviršiaus ploto, netvarkingo porų dydžio pasiskirstymo ir ribotų paviršiaus cheminių savybių trūkumų. Todėl yra tokių trūkumų kaip didelė dozė ir siauras pritaikymo procesas, kurie negali patenkinti rinkos reikalavimų. Todėl labai svarbu optimizuoti ir reguliuoti struktūrą bei pagerinti jos visapusišką panaudojimo efektyvumą. Dažniausiai naudojami porų struktūros optimizavimo ir reguliavimo metodai yra cheminis reguliavimas, polimerų maišymas ir katalizinis aktyvinimo reguliavimas.

 

Cheminio reguliavimo technologija

Cheminio reguliavimo technologija – tai po aktyvavimo cheminiais reagentais gautų porėtų medžiagų antrinio aktyvavimo (modifikavimo) procesas, kurio metu ardomos pradinės poros, plečiamos mikroporos arba sukuriamos naujos mikroporos, siekiant padidinti medžiagos savitąjį paviršiaus plotą ir porų struktūrą. Paprastai po aktyvavimo gautas produktas panardinamas į 0,5–4 kartus didesnį cheminio tirpalo kiekį, kad būtų sureguliuota porų struktūra ir padidintas savitasis paviršiaus plotas. Antriniam aktyvavimui gali būti naudojami visų rūšių rūgščių ir šarmų tirpalai.

 

Rūgštinio paviršiaus oksidacijos modifikavimo technologija

Rūgštinis paviršiaus oksidacijos modifikavimas yra dažnai naudojamas reguliavimo metodas. Tinkamoje temperatūroje rūgštiniai oksidatoriai gali praturtinti aktyvuotos anglies viduje esančias poras, pagerinti jos porų dydį ir išvalyti užsikimšusias poras. Šiuo metu vidaus ir užsienio tyrimai daugiausia skirti neorganinių rūgščių modifikavimui. HN03 yra dažnai naudojamas oksidatorius, ir daugelis mokslininkų naudoja HN03 aktyvuotai angliai modifikuoti. Tong Li ir kt. [28] nustatė, kad HN03 gali padidinti deguonies ir azoto turinčių funkcinių grupių kiekį aktyvuotos anglies paviršiuje ir pagerinti gyvsidabrio adsorbcijos efektą.

Modifikavus aktyvuotą anglį HN03, jos savitasis paviršiaus plotas sumažėjo nuo 652 m2·g-1 iki 241 m2·g-1, vidutinis porų dydis padidėjo nuo 1,27 nm iki 1,641 nm, o benzofenono adsorbcijos pajėgumas imituotame benzine padidėjo 33,7 %. Modifikavus medienos aktyvuotą anglį su 10 % ir 70 % tūrio HN03 koncentracija, gauti rezultatai rodo, kad 10 % HN03 modifikuotos aktyvuotos anglies savitasis paviršiaus plotas padidėjo nuo 925,45 m2·g-1 iki 960,52 m2·g-1; po modifikavimo 70 % HN03, savitasis paviršiaus plotas sumažėjo iki 935,89 m2·g-1. Dviejų koncentracijų HN03 modifikuotos aktyvuotos anglies Cu2+ pašalinimo greitis buvo atitinkamai didesnis nei 70 % ir 90 %.

Aktyvuotos anglies, naudojamos adsorbcijos srityje, adsorbcijos efektas priklauso ne tik nuo porų struktūros, bet ir nuo adsorbento paviršiaus cheminių savybių. Porų struktūra lemia aktyvuotos anglies savitąjį paviršiaus plotą ir adsorbcijos pajėgumą, o paviršiaus cheminės savybės turi įtakos aktyvuotos anglies ir adsorbato sąveikai. Galiausiai nustatyta, kad rūgštinė aktyvuotos anglies modifikacija gali ne tik pakoreguoti porų struktūrą aktyvuotos anglies viduje ir išvalyti užsikimšusias poras, bet ir padidinti rūgštinių grupių kiekį medžiagos paviršiuje bei pagerinti paviršiaus poliškumą ir hidrofiliškumą. HCl modifikuotos aktyvuotos anglies EDTA adsorbcijos pajėgumas padidėjo 49,5 %, palyginti su būkle prieš modifikavimą, o tai yra geriau nei modifikuojant HNO3.

Modifikuota komercinė aktyvuota anglis su atitinkamai HNO3 ir H2O2! Savitasis paviršiaus plotas po modifikavimo sudarė atitinkamai 91,3 % ir 80,8 % paviršiaus ploto prieš modifikavimą. Ant paviršiaus buvo pridėta naujų deguonį turinčių funkcinių grupių, tokių kaip karboksilas, karbonilas ir fenolis. Nitrobenzeno adsorbcijos pajėgumas modifikuojant HNO3 buvo geriausias – 3,3 karto didesnis nei prieš modifikavimą. Nustatyta, kad padidėjęs deguonies turinčių funkcinių grupių kiekis aktyvuotoje anglyje po modifikavimo rūgštimi lėmė paviršiaus aktyviųjų taškų skaičiaus padidėjimą, o tai turėjo tiesioginės įtakos tikslinio adsorbato adsorbcijos pajėgumo pagerėjimui.

Palyginti su neorganinėmis rūgštimis, yra mažai pranešimų apie aktyvuotos anglies modifikavimą organinėmis rūgštimis. Palyginkite organinių rūgščių modifikavimo poveikį aktyvuotos anglies porų struktūros savybėms ir metanolio adsorbcijai. Po modifikavimo sumažėjo aktyvuotos anglies savitasis paviršiaus plotas ir bendras porų tūris. Kuo stipresnis rūgštingumas, tuo didesnis sumažėjimas. Po modifikavimo oksalo rūgštimi, vyno rūgštimi ir citrinos rūgštimi aktyvuotos anglies savitasis paviršiaus plotas sumažėjo atitinkamai nuo 898,59 m2·g-1 iki 788,03 m2·g-1, 685,16 m2·g-1 ir 622,98 m2·g-1. Tačiau po modifikavimo padidėjo aktyvuotos anglies mikroporingumas. Citrinų rūgštimi modifikuotos aktyvuotos anglies mikroporingumas padidėjo nuo 75,9 % iki 81,5 %.

Oksalo rūgšties ir vyno rūgšties modifikacijos yra naudingos metanolio adsorbcijai, o citrinos rūgštis turi slopinamąjį poveikį. Tačiau J. Paul Chen ir kt. [35] nustatė, kad citrinos rūgštimi modifikuota aktyvuota anglis gali sustiprinti vario jonų adsorbciją. Lin Tang ir kt. [36] modifikavo komercinę aktyvuotą anglį skruzdžių rūgštimi, oksalo rūgštimi ir aminosulfono rūgštimi. Po modifikacijos sumažėjo savitasis paviršiaus plotas ir porų tūris. Gatavo produkto paviršiuje susidarė deguonies turinčios funkcinės grupės, tokios kaip 0-HC-0, C-0 ir S=0, atsirado nelygūs išėsdinti kanalai ir balti kristalai. Taip pat žymiai padidėjo acetono ir izopropanolio pusiausvyros adsorbcijos pajėgumas.

 

Šarminio tirpalo modifikavimo technologija

Kai kurie mokslininkai taip pat naudojo šarminį tirpalą aktyvuotos anglies antrinei aktyvacijai atlikti. Namų gamybos anglies pagrindu pagaminta aktyvuota anglis buvo impregnuota skirtingos koncentracijos Na0H tirpalu, siekiant kontroliuoti porų struktūrą. Rezultatai parodė, kad mažesnė šarmo koncentracija buvo palanki porų padidėjimui ir išsiplėtimui. Geriausias efektas buvo pasiektas, kai masės koncentracija buvo 20 %. Aktyvuota anglis turėjo didžiausią savitąjį paviršiaus plotą (681 m2·g-1) ir porų tūrį (0,5916 cm3·g-1). Kai Na0H masės koncentracija viršija 20 %, aktyvuotos anglies porų struktūra suyra ir porų struktūros parametrai pradeda mažėti. Taip yra todėl, kad didelė Na0H tirpalo koncentracija korozuos anglies skeletą ir suirs daug porų.

Didelio našumo aktyvuotos anglies paruošimas maišant polimerus. Pirmtakai buvo furfurolo derva ir furfurilo alkoholis, o etilenglikolis buvo poras formuojanti medžiaga. Porų struktūra buvo kontroliuojama reguliuojant trijų polimerų kiekį, ir buvo gauta porėta medžiaga, kurios porų dydis yra nuo 0,008 iki 5 μm. Kai kurie mokslininkai įrodė, kad poliuretano-imido plėvelę (PUI) galima karbonizuoti, kad būtų gauta anglies plėvelė, o porų struktūrą galima kontroliuoti keičiant poliuretano (PU) prepolimero molekulinę struktūrą [41]. Kai PUI kaitinamas iki 200 °C, susidaro PU ir poliimidas (PI). Kai terminio apdorojimo temperatūra pakyla iki 400 °C, PU pirolizė išskiria dujas, todėl PI plėvelėje susidaro porų struktūra. Po karbonizacijos gaunama anglies plėvelė. Be to, polimerų maišymo metodas taip pat gali tam tikru mastu pagerinti kai kurias medžiagos fizines ir mechanines savybes.

 

Katalizinio aktyvavimo reguliavimo technologija

Katalizinio aktyvavimo reguliavimo technologija iš tikrųjų yra cheminio aktyvavimo metodo ir aukštoje temperatūroje veikiančio dujų aktyvavimo metodo derinys. Paprastai cheminės medžiagos pridedamos prie žaliavų kaip katalizatoriai, o katalizatoriai naudojami karbonizacijos arba aktyvavimo procesui palengvinti, siekiant gauti porėtas anglies medžiagas. Apskritai metalai paprastai turi katalizinį poveikį, tačiau katalizinis poveikis skiriasi.

Iš tiesų, paprastai nėra aiškios ribos tarp cheminio aktyvinimo reguliavimo ir katalizinio porėtų medžiagų aktyvinimo reguliavimo. Taip yra todėl, kad abiem būdais karbonizacijos ir aktyvinimo proceso metu pridedami reagentai. Konkretus šių reagentų vaidmuo lemia, ar metodas priklauso katalizinio aktyvinimo kategorijai.

Pačios porėtos anglies medžiagos struktūra, katalizatoriaus fizikinės ir cheminės savybės, katalizinės reakcijos sąlygos ir katalizatoriaus įkrovimo metodas gali turėti skirtingą įtaką reguliavimo efektui. Naudojant bituminę anglį kaip žaliavą, Mn(N03)2 ir Cu(N03)2 kaip katalizatorius galima gauti porėtas medžiagas, kurių sudėtyje yra metalų oksidų. Tinkamas metalų oksidų kiekis gali pagerinti poringumą ir porų tūrį, tačiau skirtingų metalų katalizinis poveikis šiek tiek skiriasi. Cu(N03)2 gali skatinti 1,5–2,0 nm porų vystymąsi. Be to, žaliavos pelenuose esantys metalų oksidai ir neorganinės druskos taip pat atliks katalizinį vaidmenį aktyvinimo procese. Xie Qiang ir kt. [42] manė, kad tokių elementų kaip kalcis ir geležis katalizinė aktyvinimo reakcija neorganinėje medžiagoje gali skatinti porų vystymąsi. Kai šių dviejų elementų kiekis yra per didelis, vidutinių ir didelių porų dalis produkte žymiai padidėja.

 

Išvada

Nors aktyvuota anglis, kaip plačiausiai naudojama žalia porėta anglies medžiaga, atliko svarbų vaidmenį pramonėje ir gyvenime, ji vis dar turi didelį potencialą žaliavų plėtrai, sąnaudų mažinimui, kokybės gerinimui, energijos vartojimo efektyvumo gerinimui, tarnavimo laiko pailginimui ir stiprumo didinimui. Aukštos kokybės ir pigių aktyvuotos anglies žaliavų paieška, švarios ir efektyvios aktyvuotos anglies gamybos technologijos kūrimas bei aktyvuotos anglies porų struktūros optimizavimas ir reguliavimas pagal skirtingas taikymo sritis bus svarbi kryptis gerinant aktyvuotos anglies produktų kokybę ir skatinant aukštos kokybės aktyvuotos anglies pramonės plėtrą.