Laipni lūdzam mūsu tīmekļa vietnē, lai saņemtu informāciju par produktiem un konsultācijas.
Mūsu tīmekļa vietne:https://www.vet-china.com/
Fizikālās un ķīmiskās aktivācijas metode
Fizikālās un ķīmiskās aktivācijas metode attiecas uz porainu materiālu sagatavošanas metodi, apvienojot iepriekš minētās divas aktivācijas metodes. Parasti vispirms veic ķīmisko aktivāciju un pēc tam fizikālo aktivāciju. Vispirms celulozi 2 stundas iemērc 68%~85% H3PO4 šķīdumā 85 ℃ temperatūrā, pēc tam 4 stundas karbonizē mufeļkrāsnī un pēc tam aktivizē ar CO2. Iegūtās aktivētās ogles īpatnējā virsma sasniedza pat 3700 m2·g-1. Kā izejvielu izmanto sizala šķiedru, un ar H3PO4 aktivāciju iegūtā aktivētās ogles šķiedra (ACF) tika aktivizēta vienu reizi, uzkarsēta līdz 830 ℃ N2 aizsardzībā un pēc tam kā aktivators tika izmantots ūdens tvaiks sekundārajai aktivācijai. Pēc 60 minūšu aktivācijas iegūtās ACF īpatnējā virsma ievērojami palielinājās.
Aktivētās poru struktūras veiktspējas raksturojumsogleklis
Bieži izmantotās aktivētās ogles veiktspējas raksturošanas metodes un lietošanas norādījumi ir parādīti 2. tabulā. Materiāla poru struktūras raksturlielumus var pārbaudīt no diviem aspektiem: datu analīzes un attēlu analīzes.
Aktivētās ogles poru struktūras optimizācijas tehnoloģijas pētniecības progress
Lai gan aktivētajai oglei ir bagātīgas poras un milzīga īpatnējā virsma, tai ir lieliska veiktspēja daudzās jomās. Tomēr, pateicoties tās plašajai izejvielu selektivitātei un sarežģītajiem sagatavošanas apstākļiem, gatavajiem produktiem parasti ir tādi trūkumi kā haotiska poru struktūra, atšķirīga īpatnējā virsma, nesakārtots poru izmēru sadalījums un ierobežotas virsmas ķīmiskās īpašības. Tāpēc pastāv tādi trūkumi kā liela deva un šaura pielāgošanās spēja pielietošanas procesā, kas nespēj apmierināt tirgus prasības. Tāpēc ir liela praktiska nozīme struktūras optimizēšanai un regulēšanai, kā arī tās visaptverošas izmantošanas veiktspējas uzlabošanai. Bieži izmantotās metodes poru struktūras optimizēšanai un regulēšanai ietver ķīmisko regulēšanu, polimēru sajaukšanu un katalītiskās aktivācijas regulēšanu.
Ķīmiskās regulēšanas tehnoloģija
Ķīmiskās regulēšanas tehnoloģija attiecas uz porainu materiālu, kas iegūti pēc aktivācijas ar ķīmiskiem reaģentiem, sekundārās aktivācijas (modificēšanas) procesu, erodējot sākotnējās poras, paplašinot mikroporas vai radot jaunas mikroporas, lai palielinātu materiāla īpatnējo virsmas laukumu un poru struktūru. Vispārīgi runājot, vienas aktivācijas gatavais produkts parasti tiek iegremdēts 0,5–4 reizes lielākā ķīmiskā šķīdumā, lai regulētu poru struktūru un palielinātu īpatnējo virsmas laukumu. Kā reaģentus sekundārajai aktivācijai var izmantot visu veidu skābju un sārmu šķīdumus.
Skābes virsmas oksidācijas modifikācijas tehnoloģija
Skābes virsmas oksidācijas modifikācija ir bieži izmantota regulēšanas metode. Atbilstošā temperatūrā skābie oksidētāji var bagātināt aktivētās ogles poras, uzlabot tās poru izmēru un padziļināt aizsprostotās poras. Pašlaik vietējie un ārvalstu pētījumi galvenokārt koncentrējas uz neorganisko skābju modifikāciju. HN03 ir plaši izmantots oksidētājs, un daudzi zinātnieki izmanto HN03, lai modificētu aktivēto ogli. Tongs Li un līdzautori [28] atklāja, ka HN03 var palielināt skābekli un slāpekli saturošu funkcionālo grupu saturu aktivētās ogles virsmā un uzlabot dzīvsudraba adsorbcijas efektu.
Modificējot aktivēto ogli ar HN03, pēc modifikācijas aktivētās ogles īpatnējā virsma samazinājās no 652 m2·g-1 līdz 241 m2·g-1, vidējais poru izmērs palielinājās no 1,27 nm līdz 1,641 nm, un benzofenona adsorbcijas spēja simulētā benzīnā palielinājās par 33,7%. Modificējot koksnes aktivēto ogli ar attiecīgi 10% un 70% HN03 tilpuma koncentrāciju, rezultāti liecina, ka ar 10% HN03 modificētas aktivētās ogles īpatnējā virsma palielinājās no 925,45 m2·g-1 līdz 960,52 m2·g-1; pēc modifikācijas ar 70% HN03 īpatnējā virsma samazinājās līdz 935,89 m2·g-1. Cu2+ atdalīšanas ātrums ar aktivēto ogli, kas modificēta ar divām HN03 koncentrācijām, bija attiecīgi virs 70% un 90%.
Aktivētās ogles, ko izmanto adsorbcijas jomā, adsorbcijas efekts ir atkarīgs ne tikai no poru struktūras, bet arī no adsorbenta virsmas ķīmiskajām īpašībām. Poru struktūra nosaka aktivētās ogles īpatnējo virsmas laukumu un adsorbcijas spēju, savukārt virsmas ķīmiskās īpašības ietekmē aktivētās ogles un adsorbāta mijiedarbību. Visbeidzot, tika konstatēts, ka aktivētās ogles skābes modifikācija var ne tikai pielāgot poru struktūru aktivētās ogles iekšpusē un attīrīt aizsērējušās poras, bet arī palielināt skābju grupu saturu uz materiāla virsmas un uzlabot virsmas polaritāti un hidrofilitāti. Ar HCl modificētas aktivētās ogles EDTA adsorbcijas spēja palielinājās par 49,5% salīdzinājumā ar stāvokli pirms modifikācijas, kas ir labāk nekā HNO3 modifikācijai.
Modificēta komerciālā aktivētā ogle ar attiecīgi HNO3 un H2O2! Īpatnējās virsmas pēc modifikācijas bija attiecīgi 91,3% un 80,8% no tām, kas bija pirms modifikācijas. Virsmai tika pievienotas jaunas skābekli saturošas funkcionālās grupas, piemēram, karboksilgrupa, karbonilgrupa un fenols. Nitrobenzola adsorbcijas spēja, modificējot HNO3, bija vislabākā, kas bija 3,3 reizes lielāka nekā pirms modifikācijas. Tika konstatēts, ka skābekli saturošo funkcionālo grupu satura palielināšanās aktivētajā oglē pēc skābes modifikācijas izraisīja virsmaktīvo punktu skaita palielināšanos, kas tieši ietekmēja mērķa adsorbāta adsorbcijas spējas uzlabošanos.
Salīdzinot ar neorganiskajām skābēm, ir maz ziņojumu par aktivētās ogles modifikāciju ar organiskām skābēm. Salīdziniet organisko skābju modifikācijas ietekmi uz aktivētās ogles poru struktūras īpašībām un metanola adsorbciju. Pēc modifikācijas aktivētās ogles īpatnējā virsma un kopējais poru tilpums samazinājās. Jo spēcīgāka skābuma pakāpe, jo lielāks samazinājums. Pēc modifikācijas ar skābeņskābi, vīnskābi un citronskābi aktivētās ogles īpatnējā virsma samazinājās no 898,59 m2·g-1 līdz attiecīgi 788,03 m2·g-1, 685,16 m2·g-1 un 622,98 m2·g-1. Tomēr aktivētās ogles mikroporainība pēc modifikācijas palielinājās. Ar citronskābi modificētās aktivētās ogles mikroporainība palielinājās no 75,9% līdz 81,5%.
Skābeņskābes un vīnskābes modifikācijas ir labvēlīgas metanola adsorbcijai, savukārt citronskābei ir inhibējoša iedarbība. Tomēr J.Paul Chen et al. [35] atklāja, ka ar citronskābi modificēta aktivētā ogle var uzlabot vara jonu adsorbciju. Lin Tang et al. [36] modificēja komerciālo aktivēto ogli ar skudrskābi, skābeņskābi un aminosulfonskābi. Pēc modifikācijas samazinājās īpatnējā virsma un poru tilpums. Gatavā produkta virsmā izveidojās skābekli saturošas funkcionālās grupas, piemēram, 0-HC-0, C-0 un S=0, un parādījās nelīdzeni iegravēti kanāli un balti kristāli. Ievērojami palielinājās arī acetona un izopropanola līdzsvara adsorbcijas spēja.
Sārmainā šķīduma modifikācijas tehnoloģija
Daži zinātnieki izmantoja arī sārmainu šķīdumu, lai veiktu aktivētās ogles sekundāro aktivāciju. Lai kontrolētu poru struktūru, mājās gatavotu aktivēto ogli piesūcināja ar dažādu koncentrāciju Na0H šķīdumu. Rezultāti parādīja, ka zemāka sārmu koncentrācija veicināja poru palielināšanos un izplešanos. Vislabākais efekts tika sasniegts, ja masas koncentrācija bija 20%. Aktivētajai oglei bija vislielākā īpatnējā virsma (681 m2·g-1) un poru tilpums (0,5916 cm3·g-1). Kad Na0H masas koncentrācija pārsniedz 20%, aktivētās ogles poru struktūra tiek iznīcināta un poru struktūras parametri sāk samazināties. Tas notiek tāpēc, ka augsta Na0H šķīduma koncentrācija korodē oglekļa skeletu un liels skaits poru sabrūk.
Augstas veiktspējas aktivētās ogles sagatavošana, sajaucot polimērus. Prekursori bija furfurola sveķi un furfurilspirts, un etilēnglikols bija poru veidotājs. Poru struktūra tika kontrolēta, pielāgojot trīs polimēru saturu, un tika iegūts porains materiāls ar poru izmēru no 0,008 līdz 5 μm. Daži zinātnieki ir pierādījuši, ka poliuretāna-imīda plēvi (PUI) var karbonizēt, lai iegūtu oglekļa plēvi, un poru struktūru var kontrolēt, mainot poliuretāna (PU) prepolimēra molekulāro struktūru [41]. Kad PUI tiek uzkarsēts līdz 200 °C, rodas PU un poliimīds (PI). Kad termiskās apstrādes temperatūra paaugstinās līdz 400 °C, PU pirolīze rada gāzi, kā rezultātā uz PI plēves veidojas poru struktūra. Pēc karbonizācijas tiek iegūta oglekļa plēve. Turklāt polimēru sajaukšanas metode var zināmā mērā uzlabot arī dažas materiāla fizikālās un mehāniskās īpašības.
Katalītiskās aktivācijas regulēšanas tehnoloģija
Katalītiskās aktivācijas regulēšanas tehnoloģija faktiski ir ķīmiskās aktivācijas metodes un augstas temperatūras gāzes aktivācijas metodes kombinācija. Parasti izejvielām kā katalizatorus pievieno ķīmiskas vielas, un katalizatorus izmanto, lai palīdzētu karbonizācijas vai aktivācijas procesā, lai iegūtu porainus oglekļa materiālus. Vispārīgi runājot, metāliem parasti piemīt katalītiska iedarbība, taču katalītiskā iedarbība atšķiras.
Faktiski porainu materiālu ķīmiskās aktivācijas regulēšana un katalītiskās aktivācijas regulēšana parasti nav acīmredzamas robežas. Tas ir tāpēc, ka abās metodēs karbonizācijas un aktivācijas procesā tiek pievienoti reaģenti. Šo reaģentu specifiskā loma nosaka, vai metode pieder pie katalītiskās aktivācijas kategorijas.
Porainā oglekļa materiāla struktūra, katalizatora fizikālās un ķīmiskās īpašības, katalītiskās reakcijas apstākļi un katalizatora ielādes metode var dažādā mērā ietekmēt regulēšanas efektu. Izmantojot bitumena ogles kā izejvielu, Mn(N03)2 un Cu(N03)2 kā katalizatorus var iegūt porainus materiālus, kas satur metālu oksīdus. Atbilstošs metālu oksīdu daudzums var uzlabot porainību un poru tilpumu, taču dažādu metālu katalītiskā iedarbība nedaudz atšķiras. Cu(N03)2 var veicināt poru attīstību 1,5–2,0 nm diapazonā. Turklāt izejvielu pelnos esošajiem metālu oksīdiem un neorganiskajiem sāļiem būs arī katalītiska loma aktivācijas procesā. Sje Cjangs un līdzautori [42] uzskatīja, ka tādu elementu kā kalcija un dzelzs katalītiskā aktivācijas reakcija neorganiskajās vielās var veicināt poru attīstību. Ja šo divu elementu saturs ir pārāk augsts, vidēju un lielu poru īpatsvars produktā ievērojami palielinās.
Secinājums
Lai gan aktivētā ogle kā visplašāk izmantotais zaļās porainās ogles materiāls ir spēlējusi nozīmīgu lomu rūpniecībā un dzīvē, tai joprojām ir liels potenciāls izejvielu paplašināšanai, izmaksu samazināšanai, kvalitātes uzlabošanai, enerģijas uzlabošanai, kalpošanas laika pagarināšanai un izturības uzlabošanai. Augstas kvalitātes un lētu aktivētās ogles izejvielu atrašana, tīras un efektīvas aktivētās ogles ražošanas tehnoloģijas izstrāde, kā arī aktivētās ogles poru struktūras optimizēšana un regulēšana atbilstoši dažādām pielietojuma jomām būs svarīgs virziens aktivētās ogles produktu kvalitātes uzlabošanā un aktivētās ogles nozares augstas kvalitātes attīstības veicināšanā.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 27. augusts