Welkom op onze website voor productinformatie en advies.
Onze website:https://www.vet-china.com/
Fysische en chemische activeringsmethode
De fysische en chemische activeringsmethode verwijst naar de methode voor het bereiden van poreuze materialen door de bovenstaande twee activeringsmethoden te combineren. Over het algemeen wordt eerst chemische activering uitgevoerd, gevolgd door fysische activering. Eerst wordt cellulose gedurende 2 uur geweekt in een 68%-85% H₃PO₄-oplossing bij 85 °C, vervolgens wordt het gedurende 4 uur gecarboniseerd in een moffeloven en daarna geactiveerd met CO₂. Het specifieke oppervlak van de verkregen actieve kool bedroeg maar liefst 3700 m²·g⁻¹. Een andere methode is het gebruik van sisalvezel als grondstof. De actieve koolvezel (ACF) die verkregen is door activering met H₃PO₄ werd eenmaal geactiveerd, verhit tot 830 °C onder N₂-bescherming en vervolgens werd waterdamp gebruikt als activator voor een secundaire activering. Het specifieke oppervlak van de ACF na 60 minuten activering was aanzienlijk verbeterd.
Karakterisering van de poriestructuurprestaties van geactiveerdekoolstof
Tabel 2 toont veelgebruikte methoden voor het karakteriseren van de prestaties van actieve kool en hun toepassingsrichtingen. De poriestructuurkenmerken van het materiaal kunnen op twee manieren worden getest: door middel van data-analyse en beeldanalyse.
Voortgang van het onderzoek naar technologie voor het optimaliseren van de poriestructuur van actieve kool
Hoewel actieve kool rijk is aan poriën en een enorm specifiek oppervlak heeft, presteert het uitstekend op veel gebieden. Door de grote selectiviteit van de grondstoffen en de complexe bereidingsomstandigheden hebben de eindproducten echter over het algemeen nadelen zoals een chaotische poriënstructuur, een verschillend specifiek oppervlak, een ongeordende poriegrootteverdeling en beperkte chemische eigenschappen van het oppervlak. Dit leidt tot nadelen zoals een hoge dosering en een beperkte toepasbaarheid, waardoor niet aan de markteisen kan worden voldaan. Het optimaliseren en reguleren van de structuur en het verbeteren van de algehele benuttingsprestaties is daarom van groot praktisch belang. Veelgebruikte methoden voor het optimaliseren en reguleren van de poriënstructuur zijn onder andere chemische regulering, polymeermenging en katalytische activering.
Chemische reguleringstechnologie
Chemische reguleringstechnologie verwijst naar het proces van secundaire activering (modificatie) van poreuze materialen die zijn verkregen na activering met chemische reagentia. Hierbij worden de oorspronkelijke poriën geërodeerd, de microporiën vergroot of nieuwe microporiën gecreëerd om het specifieke oppervlak en de poriestructuur van het materiaal te vergroten. Over het algemeen wordt het eindproduct van één activering ondergedompeld in een chemische oplossing met een concentratie van 0,5 tot 4 keer de oorspronkelijke concentratie om de poriestructuur te reguleren en het specifieke oppervlak te vergroten. Allerlei zure en alkalische oplossingen kunnen als reagentia voor secundaire activering worden gebruikt.
Zure oppervlakteoxidatie modificatietechnologie
Zure oppervlakteoxidatiemodificatie is een veelgebruikte reguleringsmethode. Bij een geschikte temperatuur kunnen zure oxidanten de poriën in actieve kool verrijken, de poriegrootte vergroten en verstopte poriën reinigen. Momenteel richt het binnenlandse en buitenlandse onderzoek zich voornamelijk op de modificatie met anorganische zuren. HNO3 is een veelgebruikte oxidant en veel onderzoekers gebruiken HNO3 om actieve kool te modificeren. Tong Li et al. [28] ontdekten dat HNO3 het gehalte aan zuurstof- en stikstofhoudende functionele groepen op het oppervlak van actieve kool kan verhogen en het adsorptie-effect van kwik kan verbeteren.
Na modificatie met HN03 nam het specifieke oppervlak van de actieve kool af van 652 m²·g⁻¹ tot 241 m²·g⁻¹, de gemiddelde poriegrootte nam toe van 1,27 nm tot 1,641 nm en de adsorptiecapaciteit van benzofenon in gesimuleerde benzine steeg met 33,7%. Vervolgens werd actieve kool gemodificeerd met respectievelijk 10% en 70% volumeprocent HN03. De resultaten tonen aan dat het specifieke oppervlak van de met 10% HN03 gemodificeerde actieve kool toenam van 925,45 m²·g⁻¹ tot 960,52 m²·g⁻¹; na modificatie met 70% HN03 nam het specifieke oppervlak af tot 935,89 m²·g⁻¹. De verwijderingspercentages van Cu²⁺ door de met beide concentraties HN03 gemodificeerde actieve kool lagen respectievelijk boven de 70% en 90%.
Voor actieve kool die wordt gebruikt in adsorptietoepassingen, hangt het adsorptie-effect niet alleen af van de poriestructuur, maar ook van de chemische eigenschappen van het oppervlak van het adsorptiemiddel. De poriestructuur bepaalt het specifieke oppervlak en de adsorptiecapaciteit van de actieve kool, terwijl de chemische eigenschappen van het oppervlak de interactie tussen de actieve kool en het adsorbaat beïnvloeden. Uiteindelijk bleek dat zure modificatie van actieve kool niet alleen de poriestructuur in de actieve kool kan aanpassen en verstopte poriën kan verwijderen, maar ook het gehalte aan zure groepen op het oppervlak van het materiaal kan verhogen en de polariteit en hydrofiliteit van het oppervlak kan verbeteren. De adsorptiecapaciteit van EDTA door met HCl gemodificeerde actieve kool nam met 49,5% toe ten opzichte van de situatie vóór modificatie, wat beter was dan die van HNO3-modificatie.
Gemodificeerde commerciële actieve kool met respectievelijk HNO3 en H2O2! De specifieke oppervlakte na modificatie bedroeg respectievelijk 91,3% en 80,8% van die vóór modificatie. Nieuwe zuurstofhoudende functionele groepen zoals carboxyl-, carbonyl- en fenolgroepen werden aan het oppervlak toegevoegd. De adsorptiecapaciteit van nitrobenzeen na modificatie met HNO3 was het beste, namelijk 3,3 keer hoger dan vóór modificatie. Het bleek dat de toename van het gehalte aan zuurstofhoudende functionele groepen in actieve kool na zure modificatie leidde tot een toename van het aantal actieve oppervlaktepunten, wat een direct effect had op de verbetering van de adsorptiecapaciteit van het doeladsorbaat.
In vergelijking met anorganische zuren zijn er weinig rapporten over de modificatie van actieve kool met organische zuren. Vergelijk de effecten van organische zuurmodificatie op de poriestructuur van actieve kool en de adsorptie van methanol. Na modificatie namen het specifieke oppervlak en het totale porievolume van de actieve kool af. Hoe sterker de zuurgraad, hoe groter de afname. Na modificatie met oxaalzuur, wijnsteenzuur en citroenzuur daalde het specifieke oppervlak van de actieve kool van respectievelijk 898,59 m²·g⁻¹ naar 788,03 m²·g⁻¹, 685,16 m²·g⁻¹ en 622,98 m²·g⁻¹. De microporositeit van de actieve kool nam echter toe na modificatie. De microporositeit van met citroenzuur gemodificeerde actieve kool steeg van 75,9% naar 81,5%.
Modificatie met oxaalzuur en wijnsteenzuur is gunstig voor de adsorptie van methanol, terwijl citroenzuur een remmend effect heeft. J.Paul Chen et al. [35] ontdekten echter dat geactiveerde koolstof gemodificeerd met citroenzuur de adsorptie van koperionen kan verbeteren. Lin Tang et al. [36] modificeerden commerciële geactiveerde koolstof met mierenzuur, oxaalzuur en aminosulfonzuur. Na modificatie werden het specifieke oppervlak en het porievolume verminderd. Zuurstofhoudende functionele groepen zoals O-HC-O, C-O en S=O werden gevormd op het oppervlak van het eindproduct, en er verschenen onregelmatige geëtste kanalen en witte kristallen. De evenwichtsadsorptiecapaciteit van aceton en isopropanol nam ook significant toe.
Alkalische oplossing modificatietechnologie
Sommige onderzoekers gebruikten ook alkalische oplossingen om secundaire activering van actieve kool uit te voeren. Zelfgemaakte actieve kool op basis van steenkool werd geïmpregneerd met een NaOH-oplossing van verschillende concentraties om de poriënstructuur te beheersen. De resultaten toonden aan dat een lagere alkaliconcentratie de toename en uitzetting van de poriën bevorderde. Het beste effect werd bereikt bij een massaconcentratie van 20%. De actieve kool had het grootste specifieke oppervlak (681 m²·g⁻¹) en poriënvolume (0,5916 cm³·g⁻¹). Wanneer de massaconcentratie van NaOH hoger is dan 20%, wordt de poriënstructuur van de actieve kool vernietigd en beginnen de parameters van de poriënstructuur af te nemen. Dit komt doordat de hoge concentratie NaOH-oplossing het koolstofskelet aantast en een groot aantal poriën instort.
Het bereiden van hoogwaardige actieve kool door middel van polymeermenging. De voorlopers waren furfuralhars en furfurylalcohol, en ethyleenglycol was het porievormende middel. De poriestructuur werd gecontroleerd door de verhouding van de drie polymeren aan te passen, waardoor een poreus materiaal met een poriegrootte tussen 0,008 en 5 μm werd verkregen. Sommige onderzoekers hebben aangetoond dat polyurethaan-imidefilm (PUI) kan worden gecarboniseerd om koolstoffilm te verkrijgen, en dat de poriestructuur kan worden gecontroleerd door de moleculaire structuur van het polyurethaan (PU) prepolymeer te veranderen [41]. Wanneer PUI wordt verhit tot 200 °C, worden PU en polyimide (PI) gevormd. Wanneer de temperatuur van de warmtebehandeling stijgt tot 400 °C, produceert de pyrolyse van PU gas, wat resulteert in de vorming van een poriestructuur op de PI-film. Na carbonisatie wordt een koolstoffilm verkregen. Bovendien kan de polymeermengmethode ook enkele fysische en mechanische eigenschappen van het materiaal tot op zekere hoogte verbeteren.
Katalytische activeringsreguleringstechnologie
De technologie voor het reguleren van katalytische activering is in feite een combinatie van chemische activering en activering met hoge temperatuurgas. Over het algemeen worden chemische stoffen als katalysatoren aan de grondstoffen toegevoegd, die vervolgens het carbonisatie- of activeringsproces ondersteunen om poreuze koolstofmaterialen te verkrijgen. Metalen hebben doorgaans een katalytische werking, maar deze werking varieert.
In feite is er meestal geen duidelijke grens tussen chemische activeringsregulatie en katalytische activeringsregulatie van poreuze materialen. Dit komt doordat bij beide methoden reagentia worden toegevoegd tijdens het carbonisatie- en activeringsproces. De specifieke rol van deze reagentia bepaalt of de methode tot de categorie van katalytische activering behoort.
De structuur van het poreuze koolstofmateriaal zelf, de fysische en chemische eigenschappen van de katalysator, de katalytische reactieomstandigheden en de manier waarop de katalysator wordt toegevoegd, kunnen allemaal een verschillende mate van invloed hebben op het regulerende effect. Door bitumineuze steenkool als grondstof te gebruiken, kunnen Mn(NO3)2 en Cu(NO3)2 als katalysatoren poreuze materialen met metaaloxiden produceren. De juiste hoeveelheid metaaloxiden kan de porositeit en het porievolume verbeteren, maar de katalytische effecten van verschillende metalen verschillen enigszins. Cu(NO3)2 kan de ontwikkeling van poriën in het bereik van 1,5 tot 2,0 nm bevorderen. Daarnaast spelen de metaaloxiden en anorganische zouten in de as van de grondstof ook een katalytische rol in het activeringsproces. Xie Qiang et al. [42] waren van mening dat de katalytische activeringsreactie van elementen zoals calcium en ijzer in anorganische stoffen de ontwikkeling van poriën kan bevorderen. Wanneer het gehalte van deze twee elementen te hoog is, neemt het aandeel middelgrote en grote poriën in het product aanzienlijk toe.
Conclusie
Hoewel actieve kool, als het meest gebruikte groene poreuze koolstofmateriaal, een belangrijke rol speelt in de industrie en het dagelijks leven, is er nog steeds veel potentieel voor verbetering op het gebied van grondstoffendiversificatie, kostenreductie, kwaliteitsverbetering, energiebesparing, levensduurverlenging en sterkteverbetering. Het vinden van hoogwaardige en goedkope grondstoffen voor actieve kool, het ontwikkelen van schone en efficiënte productietechnologieën voor actieve kool, en het optimaliseren en reguleren van de poriënstructuur van actieve kool afhankelijk van de verschillende toepassingsgebieden, zullen belangrijke richtingen zijn voor het verbeteren van de kwaliteit van actieve koolproducten en het bevorderen van de hoogwaardige ontwikkeling van de actieve koolindustrie.
Geplaatst op: 27 augustus 2024