Porainas oglekļa poru struktūras optimizācija-Ⅰ

Laipni lūdzam mūsu tīmekļa vietnē, lai saņemtu informāciju par produktiem un konsultācijas.

Mūsu tīmekļa vietne:https://www.vet-china.com/

 

Šajā rakstā tiek analizēts pašreizējais aktivētās ogles tirgus, veikta padziļināta aktivētās ogles izejvielu analīze, ieviestas aktivētās ogles poru struktūras raksturošanas metodes, ražošanas metodes, ietekmējošie faktori un pielietošanas progress, kā arī pārskatīti aktivētās ogles poru struktūras optimizācijas tehnoloģijas pētījumu rezultāti, kuru mērķis ir veicināt aktivētās ogles lielāku lomu zaļo un mazoglekļa tehnoloģiju pielietošanā.

 

Aktivētās ogles sagatavošana

Vispārīgi runājot, aktivētās ogles sagatavošana ir sadalīta divos posmos: karbonizācija un aktivācija.

 

Karbonizācijas process

Karbonizācija ir neapstrādātas ogles karsēšanas process augstā temperatūrā inertas gāzes aizsardzībā, lai sadalītu tās gaistošās vielas un iegūtu starpkarbonizētus produktus. Karbonizācija var sasniegt paredzēto mērķi, pielāgojot procesa parametrus. Pētījumi ir parādījuši, ka aktivācijas temperatūra ir galvenais procesa parametrs, kas ietekmē karbonizācijas īpašības. Dzje Cjaņs un līdzautori pētīja karbonizācijas karsēšanas ātruma ietekmi uz aktivētās ogles veiktspēju mufeļkrāsnī un atklāja, ka zemāks ātrums palīdz uzlabot karbonizētu materiālu ražu un ražot augstas kvalitātes materiālus.

 

Aktivizācijas process

Karbonizācija var veidot izejvielām mikrokristālisku struktūru, kas līdzīga grafītam, un radīt primāro poru struktūru. Tomēr šīs poras ir nesakārtotas vai bloķētas un aizvērtas ar citām vielām, kā rezultātā rodas maza īpatnējā virsma un nepieciešama turpmāka aktivācija. Aktivācija ir karbonizētā produkta poru struktūras tālākas bagātināšanas process, ko galvenokārt veic ķīmiskā reakcija starp aktivatoru un izejvielu: tā var veicināt porainas mikrokristāliskas struktūras veidošanos.

Aktivācija materiāla poru bagātināšanas procesā galvenokārt notiek trīs posmos:
(1) Sākotnēji aizvērto poru atvēršana (caur porām);
(2) Sākotnējo poru palielināšana (poru paplašināšana);
(3) Jaunu poru veidošanās (poru radīšana);

Šie trīs efekti netiek īstenoti atsevišķi, bet notiek vienlaicīgi un sinerģiski. Vispārīgi runājot, poru veidošanās un to veidošanās veicina poru, īpaši mikroporu, skaita palielināšanos, kas ir labvēlīgi porainu materiālu ar augstu porainību un lielu īpatnējo virsmu ražošanai, savukārt pārmērīga poru izplešanās izraisa poru saplūšanu un savienošanos, pārveidojot mikroporas lielākās porās. Tāpēc, lai iegūtu aktivētās ogles materiālus ar attīstītām porām un lielu īpatnējo virsmu, ir jāizvairās no pārmērīgas aktivācijas. Bieži izmantotās aktivētās ogles aktivācijas metodes ietver ķīmisko metodi, fizikālo metodi un fizikāli ķīmisko metodi.

 

Ķīmiskās aktivācijas metode

Ķīmiskās aktivācijas metode attiecas uz metodi, kurā izejvielām pievieno ķīmiskos reaģentus un pēc tam tās karsē, ievadot aizsarggāzes, piemēram, N2 un Ar, karsēšanas krāsnī, lai tās vienlaikus karbonizētu un aktivizētu. Bieži izmantotie aktivatori parasti ir NaOH, KOH un H3P04. Ķīmiskās aktivācijas metodei ir priekšrocības, piemēram, zema aktivācijas temperatūra un augsta raža, taču tai ir arī tādas problēmas kā liela korozija, grūtības noņemt virsmas reaģentus un nopietns vides piesārņojums.

 

Fiziskās aktivācijas metode

Fizikālās aktivācijas metode attiecas uz izejvielu karbonizēšanu tieši krāsnī un pēc tam reaģēšanu ar gāzēm, piemēram, CO2 un H20, ko ievada augstā temperatūrā, lai palielinātu poras un paplašinātu poras, taču fizikālās aktivācijas metodei ir slikta poru struktūras kontrolējamība. Starp tām CO2 tiek plaši izmantots aktivētās ogles ražošanā, jo tas ir tīrs, viegli iegūstams un lēts. Kā izejvielu izmanto karbonizētu kokosriekstu čaumalu un aktivizē to ar CO2, lai iegūtu aktivēto ogli ar attīstītām mikroporām, ar īpatnējo virsmas laukumu un kopējo poru tilpumu attiecīgi 1653 m2·g-1 un 0,1045 cm3·g-1. Veiktspēja sasniedz aktivētās ogles izmantošanas standartu divslāņu kondensatoros.

Aktivējot nesperas akmeni ar CO2, iegūst superaktivēto ogli. Pēc aktivācijas 1100 °C temperatūrā 30 minūtes īpatnējā virsma un kopējais poru tilpums sasniedza attiecīgi 3500 m²·g-1 un 1,84 cm³·g-1. Izmantojot CO2, veica sekundāro aktivāciju uz komerciālas kokosriekstu čaumalu aktivētās ogles. Pēc aktivācijas gatavā produkta mikroporas sašaurinājās, mikroporu tilpums palielinājās no 0,21 cm³·g-1 līdz 0,27 cm³·g-1, īpatnējā virsma palielinājās no 627,22 m²·g-1 līdz 822,71 m²·g-1, un fenola adsorbcijas spēja palielinājās par 23,77%.

Citi zinātnieki ir pētījuši galvenos CO2 aktivācijas procesa kontroles faktorus. Mohammads un līdzautori [21] atklāja, ka temperatūra ir galvenais ietekmējošais faktors, kad CO2 tiek izmantots gumijas zāģu skaidu aktivizēšanai. Gatavā produkta īpatnējā virsmas platība, poru tilpums un mikroporainība vispirms palielinājās un pēc tam samazinājās, palielinoties temperatūrai. Čengs Songs un līdzautori [22] izmantoja atbildes virsmas metodiku, lai analizētu makadāmijas riekstu čaumalu CO2 aktivācijas procesu. Rezultāti parādīja, ka aktivācijas temperatūrai un aktivācijas laikam ir vislielākā ietekme uz aktivētās ogles mikroporu attīstību.