सच्छिद्र कार्बन छिद्र संरचनेचे ऑप्टिमायझेशन -Ⅱ

उत्पादन माहिती आणि सल्लामसलतसाठी आमच्या वेबसाइटवर आपले स्वागत आहे.

आमची वेबसाइट:https://www.vet-china.com/

 

भौतिक आणि रासायनिक सक्रियकरण पद्धत

भौतिक आणि रासायनिक सक्रियकरण पद्धत म्हणजे वरील दोन सक्रियकरण पद्धती एकत्र करून सच्छिद्र पदार्थ तयार करण्याची पद्धत. साधारणपणे, प्रथम रासायनिक सक्रियकरण केले जाते आणि नंतर भौतिक सक्रियकरण केले जाते. प्रथम सेल्युलोज 68%~85% H3PO4 द्रावणात 85℃ वर 2 तासांसाठी भिजवा, नंतर ते मफल फर्नेसमध्ये 4 तासांसाठी कार्बनाइज केले आणि नंतर ते CO2 सह सक्रिय केले. प्राप्त सक्रिय कार्बनचे विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्रफळ 3700m2·g-1 इतके जास्त होते. कच्चा माल म्हणून सिसल फायबर वापरण्याचा प्रयत्न करा आणि H3PO4 सक्रियकरणाद्वारे प्राप्त सक्रिय कार्बन फायबर (ACF) एकदा सक्रिय केले, N2 संरक्षणाखाली ते 830℃ पर्यंत गरम केले आणि नंतर दुय्यम सक्रियकरणासाठी सक्रियकर्ता म्हणून पाण्याची वाफ वापरली. 60 मिनिटांच्या सक्रियतेनंतर प्राप्त झालेल्या ACF चे विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्रफळ लक्षणीयरीत्या सुधारले.

 

सक्रिय केलेल्या छिद्रांच्या संरचनेच्या कामगिरीचे वैशिष्ट्यीकरणकार्बन

 
सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या सक्रिय कार्बन कामगिरी वैशिष्ट्यीकरण पद्धती आणि वापराच्या दिशानिर्देश तक्ता २ मध्ये दर्शविल्या आहेत. सामग्रीच्या छिद्र रचना वैशिष्ट्यांची चाचणी दोन पैलूंमधून केली जाऊ शकते: डेटा विश्लेषण आणि प्रतिमा विश्लेषण.

 

सक्रिय कार्बनच्या छिद्र संरचना ऑप्टिमायझेशन तंत्रज्ञानाच्या संशोधन प्रगती

सक्रिय कार्बनमध्ये समृद्ध छिद्रे आणि प्रचंड विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ असले तरी, अनेक क्षेत्रात त्याची उत्कृष्ट कामगिरी आहे. तथापि, त्याच्या विस्तृत कच्च्या मालाची निवडक्षमता आणि जटिल तयारी परिस्थितीमुळे, तयार उत्पादनांमध्ये सामान्यतः गोंधळलेली छिद्र रचना, भिन्न विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्र, अव्यवस्थित छिद्र आकार वितरण आणि मर्यादित पृष्ठभागाचे रासायनिक गुणधर्म हे तोटे असतात. म्हणून, मोठ्या प्रमाणात डोस आणि अनुप्रयोग प्रक्रियेत अरुंद अनुकूलता असे तोटे आहेत, जे बाजाराच्या गरजा पूर्ण करू शकत नाहीत. म्हणून, रचना ऑप्टिमाइझ आणि नियमन करणे आणि त्याचे व्यापक वापर कार्यप्रदर्शन सुधारणे हे खूप व्यावहारिक महत्त्व आहे. छिद्र संरचनेचे ऑप्टिमाइझ आणि नियमन करण्यासाठी सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या पद्धतींमध्ये रासायनिक नियमन, पॉलिमर मिश्रण आणि उत्प्रेरक सक्रियकरण नियमन यांचा समावेश आहे.

 

रासायनिक नियमन तंत्रज्ञान

रासायनिक नियमन तंत्रज्ञान म्हणजे रासायनिक अभिकर्मकांसह सक्रिय झाल्यानंतर मिळवलेल्या सच्छिद्र पदार्थांच्या दुय्यम सक्रियकरण (सुधारणा) प्रक्रियेचा संदर्भ, मूळ छिद्रे नष्ट करणे, सूक्ष्म छिद्रे विस्तृत करणे किंवा पदार्थाचे विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्र आणि छिद्र रचना वाढविण्यासाठी नवीन सूक्ष्म छिद्रे तयार करणे. सर्वसाधारणपणे, एका सक्रियतेचे तयार झालेले उत्पादन सामान्यतः छिद्र रचना नियंत्रित करण्यासाठी आणि विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्र वाढविण्यासाठी 0.5~4 पट रासायनिक द्रावणात बुडवले जाते. दुय्यम सक्रियतेसाठी सर्व प्रकारचे आम्ल आणि अल्कली द्रावण अभिकर्मक म्हणून वापरले जाऊ शकतात.

 

आम्ल पृष्ठभाग ऑक्सिडेशन सुधारणा तंत्रज्ञान

आम्ल पृष्ठभागाचे ऑक्सिडेशन बदल ही सामान्यतः वापरली जाणारी नियमन पद्धत आहे. योग्य तापमानात, आम्ल ऑक्सिडंट्स सक्रिय कार्बनमधील छिद्रांना समृद्ध करू शकतात, त्याचे छिद्र आकार सुधारू शकतात आणि ब्लॉक केलेले छिद्र काढून टाकू शकतात. सध्या, देशांतर्गत आणि परदेशी संशोधन प्रामुख्याने अजैविक आम्लांच्या बदलावर लक्ष केंद्रित करते. HN03 हा सामान्यतः वापरला जाणारा ऑक्सिडंट आहे आणि बरेच विद्वान सक्रिय कार्बन सुधारण्यासाठी HN03 वापरतात. टोंग ली आणि इतर [28] यांना आढळले की HN03 सक्रिय कार्बनच्या पृष्ठभागावर ऑक्सिजन-युक्त आणि नायट्रोजन-युक्त कार्यात्मक गटांचे प्रमाण वाढवू शकते आणि पाराचा शोषण प्रभाव सुधारू शकते.

HN03 सह सक्रिय कार्बनमध्ये बदल केल्यानंतर, सक्रिय कार्बनचे विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्रफळ 652m2·g-1 वरून 241m2·g-1 पर्यंत कमी झाले, सरासरी छिद्र आकार 1.27nm वरून 1.641nm पर्यंत वाढला आणि सिम्युलेटेड पेट्रोलमध्ये बेंझोफेनोनची शोषण क्षमता 33.7% ने वाढली. लाकूड सक्रिय कार्बनमध्ये अनुक्रमे HN03 चे 10% आणि 70% व्हॉल्यूम एकाग्रता सुधारल्याने. परिणाम दर्शवितात की 10% HN03 सह सुधारित सक्रिय कार्बनचे विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्रफळ 925.45m2·g-1 वरून 960.52m2·g-1 पर्यंत वाढले; 70% HN03 सह बदल केल्यानंतर, विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ 935.89m2·g-1 पर्यंत कमी झाले. HN03 च्या दोन सांद्रतासह सुधारित सक्रिय कार्बनद्वारे Cu2+ काढण्याचे दर अनुक्रमे 70% आणि 90% पेक्षा जास्त होते.

शोषण क्षेत्रात वापरल्या जाणाऱ्या सक्रिय कार्बनसाठी, शोषण परिणाम केवळ छिद्रांच्या संरचनेवरच नाही तर शोषकांच्या पृष्ठभागावरील रासायनिक गुणधर्मांवर देखील अवलंबून असतो. छिद्रांची रचना सक्रिय कार्बनचे विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्र आणि शोषण क्षमता ठरवते, तर पृष्ठभागाचे रासायनिक गुणधर्म सक्रिय कार्बन आणि शोषक यांच्यातील परस्परसंवादावर परिणाम करतात. शेवटी असे आढळून आले की सक्रिय कार्बनचे आम्ल बदल केवळ सक्रिय कार्बनमधील छिद्रांची रचना समायोजित करू शकत नाहीत आणि अवरोधित छिद्रे साफ करू शकत नाहीत, तर पदार्थाच्या पृष्ठभागावरील आम्ल गटांची सामग्री देखील वाढवू शकतात आणि पृष्ठभागाची ध्रुवीयता आणि जलप्रदूषण वाढवू शकतात. HCI द्वारे सुधारित सक्रिय कार्बनद्वारे EDTA ची शोषण क्षमता सुधारणेपूर्वीच्या तुलनेत 49.5% ने वाढली, जी HNO3 सुधारणेपेक्षा चांगली होती.

अनुक्रमे HNO3 आणि H2O2 सह सुधारित व्यावसायिक सक्रिय कार्बन! सुधारणेनंतर विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ सुधारणेपूर्वीच्या क्षेत्रफळांपेक्षा अनुक्रमे 91.3% आणि 80.8% होते. पृष्ठभागावर कार्बोक्सिल, कार्बोनिल आणि फिनॉलसारखे नवीन ऑक्सिजनयुक्त कार्यात्मक गट जोडले गेले. HNO3 सुधारणेद्वारे नायट्रोबेंझिनची शोषण क्षमता सर्वोत्तम होती, जी सुधारणेपूर्वीच्या तुलनेत 3.3 पट होती. असे आढळून आले आहे की आम्ल सुधारणेनंतर सक्रिय कार्बनमध्ये ऑक्सिजनयुक्त कार्यात्मक गटांच्या सामग्रीत वाढ झाल्यामुळे पृष्ठभागाच्या सक्रिय बिंदूंच्या संख्येत वाढ झाली, ज्याचा थेट परिणाम लक्ष्य शोषकांच्या शोषण क्षमतेत सुधारणा करण्यावर झाला.

अजैविक आम्लांच्या तुलनेत, सक्रिय कार्बनच्या सेंद्रिय आम्ल सुधारणेबद्दल फार कमी अहवाल आहेत. सक्रिय कार्बनच्या छिद्र संरचना गुणधर्मांवर आणि मिथेनॉलच्या शोषणावर सेंद्रिय आम्ल सुधारणेच्या परिणामांची तुलना करा. सुधारणा केल्यानंतर, सक्रिय कार्बनचे विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ आणि एकूण छिद्रांचे प्रमाण कमी झाले. आम्लता जितकी जास्त असेल तितकी घट जास्त. ऑक्सॅलिक आम्ल, टार्टरिक आम्ल आणि सायट्रिक आम्लसह सुधारणा केल्यानंतर, सक्रिय कार्बनचे विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ अनुक्रमे 898.59m2·g-1 वरून 788.03m2·g-1, 685.16m2·g-1 आणि 622.98m2·g-1 पर्यंत कमी झाले. तथापि, सुधारणानंतर सक्रिय कार्बनची सूक्ष्मपोरोसिटी वाढली. सायट्रिक आम्लसह सुधारित सक्रिय कार्बनची सूक्ष्मपोरोसिटी 75.9% वरून 81.5% पर्यंत वाढली.

ऑक्सॅलिक अॅसिड आणि टार्टेरिक अॅसिडमध्ये बदल करणे हे मिथेनॉलच्या शोषणासाठी फायदेशीर आहे, तर सायट्रिक अॅसिडचा प्रतिबंधात्मक प्रभाव आहे. तथापि, जे. पॉल चेन आणि इतर [35] यांना असे आढळले की सायट्रिक अॅसिडसह सुधारित सक्रिय कार्बन तांबे आयनांचे शोषण वाढवू शकते. लिन टांग आणि इतर [36] यांनी फॉर्मिक अॅसिड, ऑक्सॅलिक अॅसिड आणि अमिनोसल्फोनिक अॅसिडसह व्यावसायिक सक्रिय कार्बनमध्ये बदल केला. बदल केल्यानंतर, विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ आणि छिद्रांचे प्रमाण कमी झाले. तयार उत्पादनाच्या पृष्ठभागावर 0-HC-0, C-0 आणि S=0 सारखे ऑक्सिजनयुक्त कार्यात्मक गट तयार झाले आणि असमान कोरलेले चॅनेल आणि पांढरे क्रिस्टल्स दिसू लागले. एसीटोन आणि आयसोप्रोपॅनॉलची समतोल शोषण क्षमता देखील लक्षणीयरीत्या वाढली.

 

अल्कधर्मी द्रावण सुधारणा तंत्रज्ञान

काही विद्वानांनी सक्रिय कार्बनवर दुय्यम सक्रियकरण करण्यासाठी अल्कलाइन द्रावणाचा वापर केला. छिद्र रचना नियंत्रित करण्यासाठी वेगवेगळ्या सांद्रतांच्या Na0H द्रावणाने घरगुती कोळशावर आधारित सक्रिय कार्बनचे गर्भाधान करा. परिणामांवरून असे दिसून आले की कमी अल्कलाइन सांद्रता छिद्र वाढ आणि विस्तारासाठी अनुकूल होती. वस्तुमान सांद्रता २०% असताना सर्वोत्तम परिणाम साध्य झाला. सक्रिय कार्बनमध्ये सर्वाधिक विशिष्ट पृष्ठभागाचे क्षेत्रफळ (६८१ मी २·ग्रॅ-१) आणि छिद्रांचे प्रमाण (०.५९१६ सेमी ३·ग्रॅ-१) होते. जेव्हा Na0H ची वस्तुमान सांद्रता २०% पेक्षा जास्त होते, तेव्हा सक्रिय कार्बनची छिद्र रचना नष्ट होते आणि छिद्र रचना पॅरामीटर्स कमी होऊ लागतात. कारण Na0H द्रावणाची उच्च सांद्रता कार्बनच्या सांगाड्याला गंजवेल आणि मोठ्या संख्येने छिद्र कोसळतील.

पॉलिमर मिश्रणाद्वारे उच्च-कार्यक्षमता असलेले सक्रिय कार्बन तयार करणे. पूर्वसूचक फरफुरल रेझिन आणि फरफुरिल अल्कोहोल होते आणि इथिलीन ग्लायकॉल हे छिद्र-निर्मिती करणारे घटक होते. तीन पॉलिमरमधील सामग्री समायोजित करून छिद्र रचना नियंत्रित केली गेली आणि 0.008 आणि 5 μm दरम्यान छिद्र आकार असलेले छिद्रयुक्त पदार्थ प्राप्त झाले. काही विद्वानांनी हे सिद्ध केले आहे की पॉलीयुरेथेन-इमाइड फिल्म (PUI) कार्बन फिल्म मिळविण्यासाठी कार्बनीकृत केली जाऊ शकते आणि पॉलीयुरेथेन (PU) प्रीपॉलिमरची आण्विक रचना बदलून छिद्र रचना नियंत्रित केली जाऊ शकते [41]. जेव्हा PUI 200°C पर्यंत गरम केले जाते, तेव्हा PU आणि पॉलिइमाइड (PI) तयार होतील. जेव्हा उष्णता उपचार तापमान 400°C पर्यंत वाढते, तेव्हा PU पायरोलिसिस वायू तयार करते, परिणामी PI फिल्मवर छिद्र रचना तयार होते. कार्बनायझेशननंतर, कार्बन फिल्म प्राप्त होते. याव्यतिरिक्त, पॉलिमर मिश्रण पद्धत काही प्रमाणात सामग्रीचे काही भौतिक आणि यांत्रिक गुणधर्म देखील सुधारू शकते.

 

उत्प्रेरक सक्रियकरण नियमन तंत्रज्ञान

उत्प्रेरक सक्रियकरण नियमन तंत्रज्ञान हे प्रत्यक्षात रासायनिक सक्रियकरण पद्धत आणि उच्च-तापमान वायू सक्रियकरण पद्धतीचे संयोजन आहे. साधारणपणे, रासायनिक पदार्थ कच्च्या मालात उत्प्रेरक म्हणून जोडले जातात आणि उत्प्रेरकांचा वापर सच्छिद्र कार्बन पदार्थ मिळविण्यासाठी कार्बनीकरण किंवा सक्रियकरण प्रक्रियेस मदत करण्यासाठी केला जातो. साधारणपणे सांगायचे तर, धातूंचे सामान्यतः उत्प्रेरक प्रभाव असतात, परंतु उत्प्रेरक प्रभाव वेगवेगळे असतात.

खरं तर, रासायनिक सक्रियकरण नियमन आणि सच्छिद्र पदार्थांच्या उत्प्रेरक सक्रियकरण नियमन यांच्यात सहसा कोणतीही स्पष्ट सीमा नसते. कारण दोन्ही पद्धती कार्बनायझेशन आणि सक्रियकरण प्रक्रियेदरम्यान अभिकर्मक जोडतात. या अभिकर्मकांची विशिष्ट भूमिका ही पद्धत उत्प्रेरक सक्रियकरणाच्या श्रेणीशी संबंधित आहे की नाही हे ठरवते.

सच्छिद्र कार्बन पदार्थाची रचना, उत्प्रेरकाचे भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म, उत्प्रेरक अभिक्रिया परिस्थिती आणि उत्प्रेरक लोडिंग पद्धत या सर्वांचा नियमन परिणामावर वेगवेगळ्या प्रमाणात प्रभाव पडू शकतो. बिटुमिनस कोळसा कच्चा माल म्हणून वापरल्याने, Mn(N03)2 आणि Cu(N03)2 उत्प्रेरक म्हणून धातूचे ऑक्साइड असलेले सच्छिद्र पदार्थ तयार करता येतात. धातूच्या ऑक्साइडची योग्य मात्रा सच्छिद्रता आणि छिद्रांचे प्रमाण सुधारू शकते, परंतु वेगवेगळ्या धातूंचे उत्प्रेरक प्रभाव थोडे वेगळे असतात. Cu(N03)2 1.5~2.0nm च्या श्रेणीतील छिद्रांच्या विकासास प्रोत्साहन देऊ शकते. याव्यतिरिक्त, कच्च्या मालाच्या राखेमध्ये असलेले धातूचे ऑक्साइड आणि अजैविक क्षार देखील सक्रियकरण प्रक्रियेत उत्प्रेरक भूमिका बजावतील. झी कियांग आणि इतर [42] यांचा असा विश्वास होता की अजैविक पदार्थातील कॅल्शियम आणि लोह यासारख्या घटकांची उत्प्रेरक सक्रियकरण प्रतिक्रिया छिद्रांच्या विकासास प्रोत्साहन देऊ शकते. जेव्हा या दोन घटकांचे प्रमाण खूप जास्त असते, तेव्हा उत्पादनातील मध्यम आणि मोठ्या छिद्रांचे प्रमाण लक्षणीयरीत्या वाढते.

 

निष्कर्ष

जरी सक्रिय कार्बन, सर्वात जास्त वापरला जाणारा हिरवा सच्छिद्र कार्बन पदार्थ म्हणून, उद्योग आणि जीवनात महत्त्वाची भूमिका बजावत असला तरी, कच्च्या मालाचा विस्तार, खर्च कमी करणे, गुणवत्ता सुधारणा, ऊर्जा सुधारणा, आयुष्यमान वाढवणे आणि ताकद सुधारणे यामध्ये सुधारणा करण्याची मोठी क्षमता आहे. उच्च-गुणवत्तेचा आणि स्वस्त सक्रिय कार्बन कच्चा माल शोधणे, स्वच्छ आणि कार्यक्षम सक्रिय कार्बन उत्पादन तंत्रज्ञान विकसित करणे आणि वेगवेगळ्या अनुप्रयोग क्षेत्रांनुसार सक्रिय कार्बनच्या छिद्र संरचनेचे ऑप्टिमायझेशन आणि नियमन करणे हे सक्रिय कार्बन उत्पादनांची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी आणि सक्रिय कार्बन उद्योगाच्या उच्च-गुणवत्तेच्या विकासाला चालना देण्यासाठी एक महत्त्वाची दिशा असेल.