सच्छिद्र कार्बनच्या छिद्र संरचनेचे इष्टतमीकरण - II

उत्पादनाविषयी माहिती आणि सल्ल्यासाठी 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 होय. सामान्यतः, प्रथम रासायनिक सक्रियकरण केले जाते आणि नंतर भौतिक सक्रियकरण केले जाते. सर्वप्रथम सेल्युलोजला ८५℃ तापमानावर ६८%~८५% H3PO4 द्रावणात २ तास भिजवले जाते, नंतर मफल फर्नेसमध्ये ४ तास त्याचे कार्बनीकरण केले जाते आणि त्यानंतर CO2 वापरून ते सक्रिय केले जाते. यातून मिळालेल्या सक्रिय कार्बनचे विशिष्ट पृष्ठ क्षेत्रफळ ३७००m2·g-1 इतके जास्त होते. कच्चा माल म्हणून सिसल फायबर वापरण्याचा प्रयत्न केला, आणि H3PO4 सक्रियकरणाने मिळवलेल्या सक्रिय कार्बन फायबरला (ACF) एकदा सक्रिय करून, N2 संरक्षणाखाली ८३०℃ पर्यंत गरम केले, आणि नंतर दुय्यम सक्रियकरणासाठी सक्रियक म्हणून पाण्याची वाफ वापरली. ६० मिनिटांच्या सक्रियकरणानंतर मिळालेल्या ACF चे विशिष्ट पृष्ठ क्षेत्रफळ लक्षणीयरीत्या सुधारले होते.

 

सक्रिय केलेल्या छिद्र संरचनेच्या कामगिरीचे वैशिष्ट्यीकरणकार्बन

 
सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या सक्रिय कार्बन कार्यप्रदर्शन वैशिष्ट्यीकरण पद्धती आणि अनुप्रयोगाच्या दिशा तक्ता २ मध्ये दर्शविल्या आहेत. पदार्थाच्या छिद्र संरचनेची वैशिष्ट्ये दोन पैलूंमधून तपासली जाऊ शकतात: डेटा विश्लेषण आणि प्रतिमा विश्लेषण.

 

सक्रिय कार्बनच्या छिद्र संरचना अनुकूलन तंत्रज्ञानातील संशोधन प्रगती

जरी सक्रिय कार्बनमध्ये भरपूर छिद्रे आणि प्रचंड विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्र असले तरी, अनेक क्षेत्रांमध्ये त्याची कामगिरी उत्कृष्ट असते. तथापि, त्याच्या कच्च्या मालाच्या विस्तृत निवडीमुळे आणि जटिल निर्मिती प्रक्रियेमुळे, तयार उत्पादनांमध्ये सामान्यतः अव्यवस्थित छिद्र रचना, भिन्न विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्र, अव्यवस्थित छिद्र आकार वितरण आणि मर्यादित पृष्ठभागीय रासायनिक गुणधर्म यांसारखे तोटे आढळतात. त्यामुळे, वापर प्रक्रियेत जास्त प्रमाण आणि मर्यादित अनुकूलता यांसारखे तोटे आहेत, जे बाजाराच्या गरजा पूर्ण करू शकत नाहीत. म्हणून, रचना अनुकूलित करणे आणि नियंत्रित करणे तसेच त्याच्या व्यापक वापराची कार्यक्षमता सुधारणे हे अत्यंत व्यावहारिक महत्त्वाचे आहे. छिद्र रचना अनुकूलित आणि नियंत्रित करण्यासाठी सामान्यतः वापरल्या जाणाऱ्या पद्धतींमध्ये रासायनिक नियमन, पॉलिमर मिश्रण आणि उत्प्रेरक सक्रियकरण नियमन यांचा समावेश होतो.

 

रासायनिक नियमन तंत्रज्ञान

रासायनिक नियमन तंत्रज्ञान म्हणजे रासायनिक अभिकर्मकांद्वारे सक्रियीकरणानंतर मिळवलेल्या सच्छिद्र पदार्थांच्या दुय्यम सक्रियीकरणाची (सुधारणेची) प्रक्रिया होय. यामध्ये पदार्थाचे विशिष्ट पृष्ठफळ आणि छिद्र संरचना वाढवण्यासाठी मूळ छिद्रे नष्ट करणे, सूक्ष्मछिद्रांचा विस्तार करणे किंवा नवीन सूक्ष्मछिद्र तयार करणे यांचा समावेश असतो. सर्वसाधारणपणे, एकदा सक्रियीकरणानंतर तयार झालेले उत्पादन छिद्र संरचना नियंत्रित करण्यासाठी आणि विशिष्ट पृष्ठफळ वाढवण्यासाठी साधारणपणे ०.५ ते ४ पट रासायनिक द्रावणात बुडवले जाते. दुय्यम सक्रियीकरणासाठी अभिकर्मक म्हणून सर्व प्रकारच्या आम्ल आणि अल्कली द्रावणांचा वापर केला जाऊ शकतो.

 

आम्ल पृष्ठभाग ऑक्सिडेशन सुधारणा तंत्रज्ञान

आम्ल पृष्ठभाग ऑक्सिडेशन सुधारणा ही एक सामान्यपणे वापरली जाणारी नियमन पद्धत आहे. योग्य तापमानावर, आम्ल ऑक्सिडीकारक सक्रिय कार्बनमधील छिद्रे वाढवू शकतात, त्याच्या छिद्रांचा आकार सुधारू शकतात आणि बंद झालेली छिद्रे मोकळी करू शकतात. सध्या, देशा-विदेशातील संशोधन मुख्यत्वे अजैविक आम्लांच्या सुधारणेवर लक्ष केंद्रित करते. HN03 हा एक सामान्यपणे वापरला जाणारा ऑक्सिडीकारक आहे आणि अनेक अभ्यासक सक्रिय कार्बन सुधारण्यासाठी HN03 चा वापर करतात. टोंग ली आणि इतरांनी [28] असे आढळून आले की HN03 सक्रिय कार्बनच्या पृष्ठभागावरील ऑक्सिजन-युक्त आणि नायट्रोजन-युक्त कार्यात्मक गटांचे प्रमाण वाढवू शकतो आणि पाऱ्याचा शोषण प्रभाव सुधारू शकतो.

HN03 वापरून सक्रिय कार्बनमध्ये बदल केल्यानंतर, सक्रिय कार्बनचे विशिष्ट पृष्ठफळ 652m2·g-1 वरून 241m2·g-1 पर्यंत कमी झाले, सरासरी छिद्रांचा आकार 1.27nm वरून 1.641nm पर्यंत वाढला आणि अनुकृत गॅसोलीनमधील बेंझोफेनोनची शोषण क्षमता 33.7% ने वाढली. लाकडी सक्रिय कार्बनमध्ये अनुक्रमे 10% आणि 70% घनता असलेल्या HN03 चा वापर करून बदल करण्यात आला. निकालांवरून असे दिसून येते की, 10% HN03 वापरून बदल केलेल्या सक्रिय कार्बनचे विशिष्ट पृष्ठफळ 925.45m2·g-1 वरून 960.52m2·g-1 पर्यंत वाढले; 70% HN03 वापरून बदल केल्यानंतर, विशिष्ट पृष्ठफळ 935.89m2·g-1 पर्यंत कमी झाले. HNO3 च्या दोन वेगवेगळ्या सांद्रतांनी सुधारित केलेल्या सक्रिय कार्बनद्वारे Cu2+ काढून टाकण्याचे दर अनुक्रमे 70% आणि 90% पेक्षा जास्त होते.

अधिशोषण क्षेत्रात वापरल्या जाणाऱ्या सक्रिय कार्बनसाठी, अधिशोषण प्रभाव केवळ छिद्र संरचनेवरच नव्हे, तर अधिशोषकाच्या पृष्ठभागाच्या रासायनिक गुणधर्मांवरही अवलंबून असतो. छिद्र संरचना सक्रिय कार्बनचे विशिष्ट पृष्ठ क्षेत्रफळ आणि अधिशोषण क्षमता निश्चित करते, तर पृष्ठभागाचे रासायनिक गुणधर्म सक्रिय कार्बन आणि अधिशोष्य यांच्यातील आंतरक्रियेवर परिणाम करतात. अखेरीस असे आढळून आले की, सक्रिय कार्बनचे आम्लाद्वारे केलेले सुधारीकरण केवळ सक्रिय कार्बनमधील छिद्र संरचना समायोजित करून बंद झालेली छिद्रे मोकळी करत नाही, तर पदार्थाच्या पृष्ठभागावरील आम्लधर्मी गटांचे प्रमाण वाढवते आणि पृष्ठभागाची ध्रुवीयता व जलस्नेहता वाढवते. HCl द्वारे सुधारित केलेल्या सक्रिय कार्बनद्वारे EDTA ची अधिशोषण क्षमता, सुधारीकरणापूर्वीच्या तुलनेत ४९.५% ने वाढली, जी HNO3 सुधारीकरणापेक्षा चांगली होती.

अनुक्रमे HNO3 आणि H2O2 वापरून सुधारित व्यावसायिक सक्रिय कार्बन! सुधारणेनंतरचे विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्रफळ हे सुधारणेपूर्वीच्या तुलनेत अनुक्रमे ९१.३% आणि ८०.८% होते. पृष्ठभागावर कार्बोक्सिल, कार्बोनिल आणि फिनॉल यांसारखे नवीन ऑक्सिजनयुक्त कार्यात्मक गट जोडले गेले. HNO3 सुधारणेद्वारे नायट्रोबेंझिनची अधिशोषण क्षमता सर्वोत्तम होती, जी सुधारणेपूर्वीच्या क्षमतेच्या ३.३ पट होती. असे आढळून आले आहे की, आम्ल सुधारणेनंतर सक्रिय कार्बनमधील ऑक्सिजनयुक्त कार्यात्मक गटांच्या प्रमाणात वाढ झाल्यामुळे पृष्ठभागावरील सक्रिय बिंदूंच्या संख्येत वाढ झाली, ज्याचा लक्ष्यित अधिशोषकाच्या अधिशोषण क्षमतेत सुधारणा करण्यावर थेट परिणाम झाला.

अकार्बनी आम्लांच्या तुलनेत, सक्रिय कार्बनच्या सेंद्रिय आम्ल सुधारणेवर फार कमी अहवाल उपलब्ध आहेत. सेंद्रिय आम्ल सुधारणेचा सक्रिय कार्बनच्या छिद्र संरचनेच्या गुणधर्मांवर आणि मिथेनॉलच्या अधिशोषणावर होणाऱ्या परिणामांची तुलना करा. सुधारणेनंतर, सक्रिय कार्बनचे विशिष्ट पृष्ठफळ आणि एकूण छिद्र घनफळ कमी झाले. आम्लता जितकी जास्त, तितकी घट जास्त. ऑक्झॅलिक आम्ल, टार्टारिक आम्ल आणि सायट्रिक आम्लाने सुधारणा केल्यानंतर, सक्रिय कार्बनचे विशिष्ट पृष्ठफळ ८९८.५९ मी²·ग्रॅम⁻¹ वरून अनुक्रमे ७८८.०३ मी²·ग्रॅम⁻¹, ६८५.१६ मी²·ग्रॅम⁻¹ आणि ६२२.९८ मी²·ग्रॅम⁻¹ पर्यंत कमी झाले. तथापि, सुधारणेनंतर सक्रिय कार्बनची सूक्ष्मरंध्रता वाढली. सायट्रिक आम्लाने सुधारित केलेल्या सक्रिय कार्बनची सूक्ष्मरंध्रता ७५.९% वरून ८१.५% पर्यंत वाढली.

ऑक्सॅलिक ॲसिड आणि टार्टारिक ॲसिडद्वारे केलेले बदल मिथेनॉलच्या अधिशोषणासाठी फायदेशीर ठरतात, तर सायट्रिक ॲसिडचा त्यावर प्रतिबंधात्मक परिणाम होतो. तथापि, जे. पॉल चेन आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी [35] असे आढळून आणले की सायट्रिक ॲसिडने बदललेला सक्रिय कार्बन तांब्याच्या आयनांचे अधिशोषण वाढवू शकतो. लिन टँग आणि त्यांच्या सहकाऱ्यांनी [36] व्यावसायिक सक्रिय कार्बनमध्ये फॉर्मिक ॲसिड, ऑक्सॅलिक ॲसिड आणि अमिनोसल्फॉनिक ॲसिड वापरून बदल केले. बदल केल्यानंतर, विशिष्ट पृष्ठभाग 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 चॅनल व पांढरे स्फटिक दिसू लागले. ॲसिटोन आणि आयसोप्रोपेनॉलची समतोल अधिशोषण क्षमता देखील लक्षणीयरीत्या वाढली.

 

अल्कलाइन द्रावण सुधारणा तंत्रज्ञान

काही अभ्यासकांनी सक्रिय कार्बनवर दुय्यम सक्रियकरण करण्यासाठी अल्कधर्मी द्रावणाचा वापर केला. छिद्रांची रचना नियंत्रित करण्यासाठी, घरगुती कोळशावर आधारित सक्रिय कार्बनला वेगवेगळ्या तीव्रतेच्या Na0H द्रावणाने भिजवले. निकालांवरून असे दिसून आले की, अल्कलीची कमी तीव्रता छिद्रांच्या वाढीसाठी आणि विस्तारासाठी अनुकूल होती. जेव्हा वस्तुमान तीव्रता २०% होती, तेव्हा सर्वोत्तम परिणाम साधला गेला. सक्रिय कार्बनमध्ये सर्वाधिक विशिष्ट पृष्ठभाग क्षेत्रफळ (६८१ मी²·ग्रॅम⁻¹) आणि छिद्रांचे घनफळ (०.५९१६ घन सेमी·ग्रॅम⁻¹) होते. जेव्हा Na0H ची वस्तुमान तीव्रता २०% पेक्षा जास्त होते, तेव्हा सक्रिय कार्बनची छिद्र रचना नष्ट होते आणि छिद्र रचनेचे मापदंड कमी होऊ लागतात. याचे कारण असे की, Na0H द्रावणाची उच्च तीव्रता कार्बनच्या सांगाड्याला क्षरण करते आणि मोठ्या संख्येने छिद्रे कोसळतात.

पॉलिमर मिश्रणाद्वारे उच्च-कार्यक्षम सक्रिय कार्बन तयार करणे. फरफ्युरल रेझिन आणि फरफ्युरिल अल्कोहोल हे पूर्वगामी पदार्थ होते, आणि एथिलीन ग्लायकोल हे छिद्र-निर्माण करणारे घटक होते. तीन पॉलिमरचे प्रमाण समायोजित करून छिद्रांची रचना नियंत्रित केली गेली, आणि 0.008 ते 5 μm दरम्यान छिद्रांचा आकार असलेला एक सच्छिद्र पदार्थ प्राप्त झाला. काही विद्वानांनी सिद्ध केले आहे की पॉलीयुरेथेन-इमाइड फिल्म (PUI) चे कार्बनीकरण करून कार्बन फिल्म मिळवता येते, आणि पॉलीयुरेथेन (PU) प्रीपॉलिमरची आण्विक रचना बदलून छिद्रांची रचना नियंत्रित केली जाऊ शकते [41]. जेव्हा PUI ला 200°C पर्यंत गरम केले जाते, तेव्हा PU आणि पॉलीइमाइड (PI) तयार होतात. जेव्हा उष्णता उपचाराचे तापमान 400°C पर्यंत वाढते, तेव्हा PU च्या पायरोलिसिसमुळे वायू तयार होतो, ज्यामुळे PI फिल्मवर छिद्रांची रचना तयार होते. कार्बनीकरणानंतर, एक कार्बन फिल्म प्राप्त होते. याव्यतिरिक्त, पॉलिमर मिश्रण पद्धत पदार्थाचे काही भौतिक आणि यांत्रिक गुणधर्म देखील काही प्रमाणात सुधारू शकते.

 

उत्प्रेरक सक्रियकरण नियमन तंत्रज्ञान

उत्प्रेरक सक्रियकरण नियमन तंत्रज्ञान हे खरे तर रासायनिक सक्रियकरण पद्धत आणि उच्च-तापमान वायू सक्रियकरण पद्धत यांचे मिश्रण आहे. सामान्यतः, कच्च्या मालामध्ये उत्प्रेरक म्हणून रासायनिक पदार्थ मिसळले जातात आणि सच्छिद्र कार्बन पदार्थ मिळवण्यासाठी कार्बनीकरण किंवा सक्रियकरण प्रक्रियेस साहाय्य करण्याकरिता या उत्प्रेरकांचा वापर केला जातो. सर्वसाधारणपणे, धातूंमध्ये उत्प्रेरकीय प्रभाव असतो, परंतु हे उत्प्रेरकीय प्रभाव वेगवेगळे असू शकतात.

खरं तर, सच्छिद्र पदार्थांच्या रासायनिक सक्रियकरण नियमन आणि उत्प्रेरकीय सक्रियकरण नियमन यांच्यात सहसा कोणतीही स्पष्ट सीमारेषा नसते. याचे कारण असे की, दोन्ही पद्धतींमध्ये कार्बनीकरण आणि सक्रियकरण प्रक्रियेदरम्यान अभिकर्मक टाकले जातात. या अभिकर्मकांची विशिष्ट भूमिका ठरवते की, ती पद्धत उत्प्रेरकीय सक्रियकरणाच्या श्रेणीत मोडते की नाही.

सच्छिद्र कार्बन पदार्थाची स्वतःची रचना, उत्प्रेरकाचे भौतिक आणि रासायनिक गुणधर्म, उत्प्रेरकीय अभिक्रियेच्या परिस्थिती आणि उत्प्रेरक भारण पद्धत या सर्वांचा नियमन परिणामावर वेगवेगळ्या प्रमाणात प्रभाव पडू शकतो. बिटुमिनस कोळसा कच्चा माल म्हणून वापरून, Mn(N03)2 आणि Cu(N03)2 उत्प्रेरक म्हणून वापरून धातू ऑक्साईड असलेले सच्छिद्र पदार्थ तयार करता येतात. धातू ऑक्साईडचे योग्य प्रमाण सच्छिद्रता आणि छिद्रांचे आकारमान सुधारू शकते, परंतु वेगवेगळ्या धातूंचे उत्प्रेरकीय परिणाम थोडे वेगळे असतात. Cu(N03)2 1.5~2.0nm च्या श्रेणीतील छिद्रांच्या विकासास चालना देऊ शकते. याव्यतिरिक्त, कच्च्या मालाच्या राखेमध्ये असलेले धातू ऑक्साईड आणि अजैविक क्षार देखील सक्रियकरण प्रक्रियेत उत्प्रेरकीय भूमिका बजावतात. झी कियांग आणि इतर [42] यांचा असा विश्वास होता की अजैविक पदार्थांमधील कॅल्शियम आणि लोह यांसारख्या घटकांची उत्प्रेरकीय सक्रियकरण अभिक्रिया छिद्रांच्या विकासास चालना देऊ शकते. जेव्हा या दोन घटकांचे प्रमाण खूप जास्त असते, तेव्हा उत्पादनातील मध्यम आणि मोठ्या छिद्रांचे प्रमाण लक्षणीयरीत्या वाढते.

 

निष्कर्ष

जरी सक्रिय कार्बनने, सर्वाधिक वापरल्या जाणाऱ्या हरित सच्छिद्र कार्बन सामग्री म्हणून, उद्योग आणि जीवनात महत्त्वाची भूमिका बजावली असली तरी, कच्च्या मालाचा विस्तार, खर्च कपात, गुणवत्ता सुधारणा, ऊर्जा सुधारणा, आयुर्मान वाढवणे आणि मजबुती सुधारणे यांमध्ये सुधारणेसाठी अजूनही मोठी क्षमता आहे. उच्च-गुणवत्तेचा आणि स्वस्त सक्रिय कार्बन कच्चा माल शोधणे, स्वच्छ आणि कार्यक्षम सक्रिय कार्बन उत्पादन तंत्रज्ञान विकसित करणे, आणि विविध अनुप्रयोग क्षेत्रांनुसार सक्रिय कार्बनच्या छिद्र संरचनेचे अनुकूलन व नियमन करणे, ही सक्रिय कार्बन उत्पादनांची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी आणि सक्रिय कार्बन उद्योगाच्या उच्च-गुणवत्तेच्या विकासाला चालना देण्यासाठी एक महत्त्वाची दिशा असेल.