Нүүрстөрөгчийн нүх сүвний бүтцийг оновчтой болгох -Ⅱ

Бүтээгдэхүүний мэдээлэл болон зөвлөгөө авахыг хүсвэл манай вэбсайтад тавтай морилно уу.

Манай вэбсайт:https://www.vet-china.com/

 

Физик ба химийн идэвхжүүлэлтийн арга

Физик ба химийн идэвхжүүлэлтийн арга гэдэг нь дээрх хоёр идэвхжүүлэлтийн аргыг хослуулан сүвэрхэг материалыг бэлтгэх аргыг хэлнэ. Ерөнхийдөө эхлээд химийн идэвхжүүлэлтийг хийж, дараа нь физик идэвхжүүлэлтийг хийнэ. Эхлээд целлюлозыг 68% ~ 85% H3PO4 уусмалд 85℃ температурт 2 цагийн турш дэвтээж, дараа нь муфель зууханд 4 цагийн турш нүүрсжүүлж, дараа нь CO2-оор идэвхжүүлнэ. Олж авсан идэвхжүүлсэн нүүрсний гадаргуугийн талбай нь 3700м2·г-1 хүртэл өндөр байв. Сисал эслэгийг түүхий эд болгон ашиглаж, H3PO4 идэвхжүүлэлтээр гаргаж авсан идэвхжүүлсэн нүүрсний эслэгийг (ACF) нэг удаа идэвхжүүлж, N2 хамгаалалтын дор 830℃ хүртэл халааж, дараа нь усны уурыг хоёрдогч идэвхжүүлэлтэд идэвхжүүлэгч болгон ашигласан. Идэвхжүүлсний дараа 60 минутын дараа олж авсан ACF-ийн гадаргуугийн талбай мэдэгдэхүйц сайжирсан.

 

Идэвхжүүлсэн бодисын нүх сүвний бүтцийн гүйцэтгэлийн шинж чанарнүүрстөрөгч

 
Идэвхжүүлсэн нүүрсний гүйцэтгэлийн шинж чанарын нийтлэг аргууд болон хэрэглээний зааврыг Хүснэгт 2-т үзүүлэв. Материалын нүх сүвний бүтцийн шинж чанарыг өгөгдлийн шинжилгээ болон дүрсний шинжилгээ гэсэн хоёр талаас шалгаж болно.

 

Идэвхжүүлсэн нүүрсний нүх сүвний бүтцийг оновчлох технологийн судалгааны дэвшил

Идэвхжүүлсэн нүүрс нь баялаг нүх сүвтэй, асар том өвөрмөц гадаргуугийн талбайтай боловч олон салбарт маш сайн гүйцэтгэлтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч түүхий эдийн өргөн сонголттой байдал, нарийн төвөгтэй бэлтгэлийн нөхцөл байдлаас шалтгаалан эцсийн бүтээгдэхүүн нь ерөнхийдөө эмх замбараагүй нүх сүвний бүтэц, өөр өөр өвөрмөц гадаргуугийн талбай, нүх сүвний хэмжээний тархалт, хязгаарлагдмал гадаргуугийн химийн шинж чанар зэрэг сул талуудтай байдаг. Тиймээс хэрэглээний процесст зах зээлийн шаардлагыг хангаж чадахгүй их тун, нарийн дасан зохицох чадвар зэрэг сул талууд байдаг. Тиймээс бүтцийг оновчтой болгож, зохицуулж, цогц ашиглалтын гүйцэтгэлийг сайжруулах нь маш чухал практик ач холбогдолтой юм. Нүх сүвний бүтцийг оновчтой болгож, зохицуулах түгээмэл хэрэглэгддэг аргуудад химийн зохицуулалт, полимер холих, каталитик идэвхжүүлэлтийн зохицуулалт орно.

 

Химийн зохицуулалтын технологи

Химийн зохицуулалтын технологи гэдэг нь химийн урвалжаар идэвхжүүлсний дараа гаргаж авсан сүвэрхэг материалыг хоёрдогч идэвхжүүлэх (өөрчлөх) үйл явцыг хэлнэ. Анхны нүх сүвийг элэгдүүлж, микро нүх сүвийг тэлэх эсвэл шинэ микро нүх сүвийг бий болгож, материалын гадаргуугийн талбай болон нүх сүвний бүтцийг нэмэгдүүлэхийг хэлнэ. Ерөнхийдөө нэг идэвхжүүлэлтийн эцсийн бүтээгдэхүүнийг ерөнхийдөө 0.5-4 дахин их химийн уусмалд дүрж, нүх сүвний бүтцийг зохицуулж, гадаргуугийн талбайг нэмэгдүүлэхийг хэлнэ. Хоёрдогч идэвхжүүлэлтийн урвалж болгон бүх төрлийн хүчил ба шүлтийн уусмалыг ашиглаж болно.

 

Хүчиллэг гадаргуугийн исэлдэлтийг өөрчлөх технологи

Хүчиллэг гадаргуугийн исэлдэлтийг өөрчлөх нь түгээмэл хэрэглэгддэг зохицуулах арга юм. Тохиромжтой температурт хүчиллэг исэлдүүлэгчид нь идэвхжүүлсэн нүүрсний доторх нүх сүвийг баяжуулж, нүх сүвний хэмжээг сайжруулж, бөглөрсөн нүх сүвийг ухаж чаддаг. Одоогийн байдлаар дотоод, гадаадын судалгаанууд голчлон органик бус хүчлийг өөрчлөхөд чиглэж байна. HN03 нь түгээмэл хэрэглэгддэг исэлдүүлэгч бөгөөд олон эрдэмтэд идэвхжүүлсэн нүүрсийг өөрчлөхөд HN03 ашигладаг. Тонг Ли нар [28] HN03 нь идэвхжүүлсэн нүүрсний гадаргуу дээрх хүчилтөрөгч агуулсан болон азот агуулсан функциональ бүлгүүдийн агууламжийг нэмэгдүүлж, мөнгөн усны шингээлтийн үр нөлөөг сайжруулж чадна гэдгийг тогтоожээ.

Идэвхжүүлсэн нүүрсийг HN03-аар өөрчлөхөд идэвхжүүлсэн нүүрсний гадаргуугийн талбай 652м2·г-1-ээс 241м2·г-1 болж буурсан, нүх сүвний дундаж хэмжээ 1.27нм-ээс 1.641нм болж, бензофеноны загварчилсан бензин дэх шингээлтийн чадвар 33.7%-иар нэмэгдсэн. Модон идэвхжүүлсэн нүүрсийг HN03-ийн эзлэхүүний концентраци тус тус 10% ба 70%-ийн хэмжээнд тус тус нэмэгдүүлсэн. Үр дүнгээс харахад 10% HN03-аар өөрчилсөн идэвхжүүлсэн нүүрсний гадаргуугийн талбай 925.45м2·г-1-ээс 960.52м2·г-1 болж нэмэгдсэн; 70% HN03-аар өөрчилсний дараа гадаргуугийн талбай 935.89м2·г-1 болж буурсан байна. Хоёр концентрацитай HN03-аар өөрчилсөн идэвхжүүлсэн нүүрсээр Cu2+-ийг зайлуулах хэмжээ тус тус 70% ба 90%-иас дээш байв.

Адсорбцийн салбарт ашигласан идэвхжүүлсэн нүүрсний хувьд адсорбцийн нөлөө нь зөвхөн нүх сүвний бүтцээс гадна адсорбентын гадаргуугийн химийн шинж чанараас хамаарна. Нүх сүвний бүтэц нь идэвхжүүлсэн нүүрсний гадаргуугийн талбай болон адсорбцийн чадварыг тодорхойлдог бол гадаргуугийн химийн шинж чанар нь идэвхжүүлсэн нүүрс ба адсорбатын харилцан үйлчлэлд нөлөөлдөг. Эцэст нь идэвхжүүлсэн нүүрсний хүчиллэг өөрчлөлт нь идэвхжүүлсэн нүүрсний доторх нүх сүвний бүтцийг тохируулж, бөглөрсөн нүх сүвийг цэвэрлэхээс гадна материалын гадаргуу дээрх хүчиллэг бүлгүүдийн агууламжийг нэмэгдүүлж, гадаргуугийн туйлшрал ба гидрофил чанарыг нэмэгдүүлдэг болохыг тогтоожээ. HCI-ээр өөрчилсөн идэвхжүүлсэн нүүрсээр EDTA-ийн адсорбцийн чадвар нь өмнөх өөрчлөлттэй харьцуулахад 49.5%-иар өссөн нь HNO3 өөрчлөлтөөс илүү сайн байв.

HNO3 болон H2O2-той өөрчлөгдсөн арилжааны идэвхжүүлсэн нүүрс! Өөрчлөлтийн дараах гадаргуугийн талбай нь өөрчлөлтийн өмнөх талбайн 91.3% ба 80.8% байв. Карбоксил, карбонил, фенол зэрэг хүчилтөрөгч агуулсан шинэ функциональ бүлгүүдийг гадаргуу дээр нэмсэн. HNO3 өөрчлөлтөөр нитробензолын адсорбцийн чадвар хамгийн сайн байсан бөгөөд энэ нь өөрчлөлтийн өмнөхөөс 3.3 дахин их байв. Хүчил өөрчлөлтийн дараа идэвхжүүлсэн нүүрс дэх хүчилтөрөгч агуулсан функциональ бүлгүүдийн агууламж нэмэгдсэн нь гадаргуугийн идэвхтэй цэгүүдийн тоог нэмэгдүүлэхэд хүргэсэн бөгөөд энэ нь зорилтот адсорбатын адсорбцийн чадварыг сайжруулахад шууд нөлөө үзүүлсэн болохыг тогтоожээ.

Органик бус хүчлүүдтэй харьцуулахад идэвхжүүлсэн нүүрсний органик хүчлийн өөрчлөлтийн талаарх мэдээлэл цөөхөн байдаг. Идэвхжүүлсэн нүүрсний нүх сүвний бүтцийн шинж чанар болон метанолын адсорбцид органик хүчлийн өөрчлөлтийн нөлөөллийг харьцуулж үзээрэй. Өөрчлөлтийн дараа идэвхжүүлсэн нүүрсний гадаргуугийн талбай болон нийт нүх сүвний эзэлхүүн буурсан. Хүчиллэг чанар өндөр байх тусам бууралт ихэссэн. Оксалийн хүчил, дарсны хүчил болон нимбэгийн хүчилтэй өөрчлөлт хийсний дараа идэвхжүүлсэн нүүрсний гадаргуугийн талбай тус тус 898.59м2·г-1-ээс 788.03м2·г-1, 685.16м2·г-1 болон 622.98м2·г-1 болж буурсан. Гэсэн хэдий ч идэвхжүүлсэн нүүрсний микро нүх сүв нь өөрчлөлтийн дараа нэмэгдсэн. Нимбэгийн хүчилтэй өөрчилсөн идэвхжүүлсэн нүүрсний микро нүх сүв нь 75.9%-иас 81.5% болж өссөн.

Оксалийн хүчил ба дарсны хүчлийн өөрчлөлт нь метанолын адсорбцид ашигтай байдаг бол нимбэгийн хүчил нь дарангуйлах нөлөөтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч Ж.Паул Чен нар [35] нимбэгийн хүчилээр өөрчилсөн идэвхжүүлсэн нүүрс нь зэсийн ионуудын адсорбцийг сайжруулж болохыг тогтоожээ. Лин Тан нар [36] шоргоолжны хүчил, оксалийн хүчил, аминосульфоны хүчилээр арилжааны идэвхжүүлсэн нүүрсийг өөрчилсөн. Өөрчлөлтийн дараа гадаргуугийн талбай болон нүх сүвний хэмжээ багассан. Эцсийн бүтээгдэхүүний гадаргуу дээр 0-HC-0, C-0, S=0 зэрэг хүчилтөрөгч агуулсан функциональ бүлгүүд үүсч, жигд бус сийлсэн суваг, цагаан талстууд гарч ирэв. Ацетон ба изопропанолын тэнцвэрийн адсорбцийн чадвар мөн мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн.

 

Шүлтлэг уусмалыг өөрчлөх технологи

Зарим эрдэмтэд идэвхжүүлсэн нүүрс дээр хоёрдогч идэвхжүүлэлт хийхийн тулд шүлтлэг уусмал ашигласан. Нүх сүвний бүтцийг хянахын тулд гэрийн нөхцөлд хийсэн нүүрсээр хийсэн идэвхжүүлсэн нүүрсийг өөр өөр концентрацитай Na0H уусмалаар шингээсэн. Үр дүнгээс харахад шүлтийн концентраци бага байх нь нүх сүвийг нэмэгдүүлэх, тэлэхэд хувь нэмэр оруулдаг болохыг харуулсан. Массын концентраци 20% байх үед хамгийн сайн үр дүнд хүрсэн. Идэвхжүүлсэн нүүрс нь хамгийн өндөр хувийн гадаргуугийн талбай (681м2·г-1) ба нүх сүвний эзэлхүүн (0.5916см3·г-1)-тэй байв. Na0H-ийн массын концентраци 20%-иас хэтэрсэн үед идэвхжүүлсэн нүүрсний нүх сүвний бүтэц устаж, нүх сүвний бүтцийн параметрүүд буурч эхэлдэг. Учир нь Na0H уусмалын өндөр концентраци нь нүүрстөрөгчийн араг ясыг зэврүүлж, олон тооны нүх сүв нурах болно.

Полимер холих замаар өндөр хүчин чадалтай идэвхжүүлсэн нүүрс бэлтгэх. Урьдчилсан бодисууд нь фурфурал давирхай ба фурфурилын спирт байсан бөгөөд этилен гликол нь нүх сүв үүсгэгч бодис байв. Нүх сүвний бүтцийг гурван полимерийн агууламжийг тохируулах замаар хянаж, нүх сүвний хэмжээ 0.008-5 μм хооронд байх сүвэрхэг материалыг гаргаж авсан. Зарим эрдэмтэд полиуретан-имидийн хальс (PUI)-ийг нүүрстөрөгчжүүлж нүүрстөрөгчийн хальс гаргаж авах боломжтой бөгөөд нүх сүвний бүтцийг полиуретан (PU) урьдчилсан полимерийн молекулын бүтцийг өөрчлөх замаар хянаж болохыг нотолсон [41]. PUI-г 200°C хүртэл халаахад PU болон полиимид (PI) үүснэ. Дулааны боловсруулалтын температур 400°C хүртэл нэмэгдэхэд PU пиролиз нь хий үүсгэдэг бөгөөд үүний үр дүнд PI хальсан дээр нүх сүвний бүтэц үүсдэг. Нүүрсжүүлсний дараа нүүрстөрөгчийн хальс авдаг. Үүнээс гадна, полимер холих арга нь материалын зарим физик болон механик шинж чанарыг тодорхой хэмжээгээр сайжруулж чаддаг.

 

Каталитик идэвхжүүлэлтийн зохицуулалтын технологи

Каталитик идэвхжүүлэлтийн зохицуулалтын технологи нь үнэндээ химийн идэвхжүүлэлтийн арга болон өндөр температурт хийн идэвхжүүлэлтийн аргын хослол юм. Ерөнхийдөө химийн бодисыг түүхий эдэд катализатор болгон нэмдэг бөгөөд катализаторыг сүвэрхэг нүүрстөрөгчийн материалыг гаргаж авахын тулд нүүрсжүүлэх буюу идэвхжүүлэх процесст туслах зорилгоор ашигладаг. Ерөнхийдөө металлууд нь ерөнхийдөө каталитик нөлөө үзүүлдэг боловч каталитик нөлөө нь харилцан адилгүй байдаг.

Үнэндээ сүвэрхэг материалын химийн идэвхжүүлэлтийн зохицуулалт болон каталитик идэвхжүүлэлтийн зохицуулалтын хооронд илэрхий хил хязгаар байдаггүй. Учир нь хоёр арга хоёулаа нүүрстөрөгчжүүлэх болон идэвхжүүлэх процессын үед урвалж нэмдэг. Эдгээр урвалжуудын тодорхой үүрэг нь уг аргыг каталитик идэвхжүүлэлтийн ангилалд хамаарах эсэхийг тодорхойлдог.

Сүвэрхэг нүүрстөрөгчийн материалын бүтэц, катализаторын физик, химийн шинж чанар, каталитик урвалын нөхцөл, катализаторын ачааллын арга нь зохицуулалтын үр дүнд янз бүрийн түвшинд нөлөөлж болно. Битумэн нүүрсийг түүхий эд болгон ашиглах, Mn(N03)2 ба Cu(N03)2-ийг катализатор болгон ашиглах нь металлын исэл агуулсан сүвэрхэг материалыг бэлтгэж болно. Металлын ислийн зохих хэмжээ нь сүвэрхэг чанар болон нүхний хэмжээг сайжруулж болох боловч өөр өөр металлын каталитик нөлөө нь арай өөр байдаг. Cu(N03)2 нь 1.5~2.0 нм-ийн хооронд нүх сүв үүсэхийг дэмжиж чадна. Үүнээс гадна түүхий эдийн үнсэнд агуулагдах металлын исэл болон органик бус давс нь идэвхжүүлэх процесст каталитик үүрэг гүйцэтгэнэ. Се Цян нар [42] органик бус бодис дахь кальци, төмөр зэрэг элементүүдийн каталитик идэвхжүүлэлтийн урвал нь нүх сүв үүсэхийг дэмжиж чадна гэж үзсэн. Эдгээр хоёр элементийн агууламж хэт өндөр байх үед бүтээгдэхүүн дэх дунд болон том нүх сүвний эзлэх хувь мэдэгдэхүйц нэмэгддэг.

 

Дүгнэлт

Идэвхжүүлсэн нүүрс нь хамгийн өргөн хэрэглэгддэг ногоон сүвэрхэг нүүрстөрөгчийн материал болохын хувьд үйлдвэрлэл, амьдралд чухал үүрэг гүйцэтгэсэн ч түүхий эдийг өргөжүүлэх, зардлыг бууруулах, чанарыг сайжруулах, эрчим хүчийг сайжруулах, ашиглалтын хугацааг уртасгах, бат бөх чанарыг сайжруулах чиглэлээр сайжруулах асар их боломжтой хэвээр байна. Өндөр чанартай, хямд идэвхжүүлсэн нүүрстөрөгчийн түүхий эдийг олох, цэвэр, үр ашигтай идэвхжүүлсэн нүүрс үйлдвэрлэх технологийг боловсруулах, янз бүрийн хэрэглээний чиглэлээр идэвхжүүлсэн нүүрсний нүх сүвний бүтцийг оновчтой болгож, зохицуулах нь идэвхжүүлсэн нүүрсний бүтээгдэхүүний чанарыг сайжруулах, идэвхжүүлсэн нүүрсний үйлдвэрлэлийн өндөр чанартай хөгжлийг дэмжих чухал чиглэл болно.