Velkommen til nettsiden vår for produktinformasjon og konsultasjon.
Vår nettside:https://www.vet-china.com/
Fysisk og kjemisk aktiveringsmetode
Fysisk-kjemisk aktiveringsmetode refererer til metoden for å fremstille porøse materialer ved å kombinere de to aktiveringsmetodene ovenfor. Vanligvis utføres kjemisk aktivering først, og deretter utføres fysisk aktivering. Først bløtlegges cellulose i 68 % ~ 85 % H3PO4-løsning ved 85 ℃ i 2 timer, deretter karboniseres den i en muffelovn i 4 timer, og deretter aktiveres den med CO2. Det spesifikke overflatearealet til det oppnådde aktiverte karbonet var så høyt som 3700 m2·g-1. Prøv å bruke sisalfiber som råmateriale, og aktiver aktivert karbonfiber (ACF) oppnådd ved H3PO4-aktivering én gang, varmet den opp til 830 ℃ under N2-beskyttelse, og deretter brukes vanndamp som aktivator for sekundær aktivering. Det spesifikke overflatearealet til ACF oppnådd etter 60 minutters aktivering ble betydelig forbedret.
Karakterisering av porestrukturytelse hos aktivertekarbon
Vanlig brukte metoder for ytelseskarakterisering av aktivt karbon og bruksanvisninger er vist i tabell 2. Materialets porestrukturegenskaper kan testes fra to aspekter: dataanalyse og bildeanalyse.
Forskningsfremgang innen porestrukturoptimaliseringsteknologi for aktivert karbon
Selv om aktivt karbon har rike porer og et stort spesifikt overflateareal, har det utmerket ytelse på mange felt. På grunn av sin brede råvareselektivitet og komplekse fremstillingsforhold har de ferdige produktene generelt ulempene med kaotisk porestruktur, ulikt spesifikt overflateareal, uordnet porestørrelsesfordeling og begrensede overflatekjemiske egenskaper. Derfor er det ulemper som stor dosering og smal tilpasningsevne i påføringsprosessen, som ikke kan oppfylle markedskravene. Derfor er det av stor praktisk betydning å optimalisere og regulere strukturen og forbedre dens omfattende utnyttelsesevne. Vanlige metoder for å optimalisere og regulere porestrukturen inkluderer kjemisk regulering, polymerblanding og katalytisk aktiveringsregulering.
Kjemisk reguleringsteknologi
Kjemisk reguleringsteknologi refererer til prosessen med sekundær aktivering (modifisering) av porøse materialer oppnådd etter aktivering med kjemiske reagenser, erodering av de opprinnelige porene, utvidelse av mikroporene eller ytterligere dannelse av nye mikroporer for å øke materialets spesifikke overflateareal og porestruktur. Generelt sett blir det ferdige produktet etter én aktivering vanligvis nedsenket i 0,5 til 4 ganger kjemisk løsning for å regulere porestrukturen og øke det spesifikke overflatearealet. Alle typer syre- og alkaliløsninger kan brukes som reagenser for sekundær aktivering.
Teknologi for modifisering av syreoverflateoksidasjon
Modifisering av syreoverflateoksidasjon er en vanlig reguleringsmetode. Ved en passende temperatur kan syreoksidanter berike porene i aktivt karbon, forbedre porestørrelsen og fjerne blokkerte porer. For tiden fokuserer innenlandsk og utenlandsk forskning hovedsakelig på modifisering av uorganiske syrer. HN03 er et vanlig brukt oksidasjonsmiddel, og mange forskere bruker HN03 til å modifisere aktivt karbon. Tong Li et al. [28] fant at HN03 kan øke innholdet av oksygenholdige og nitrogenholdige funksjonelle grupper på overflaten av aktivt karbon og forbedre adsorpsjonseffekten av kvikksølv.
Ved modifisering av aktivt karbon med HN03 ble det spesifikke overflatearealet til aktivt karbon redusert fra 652 m²·g-1 til 241 m²·g-1, den gjennomsnittlige porestørrelsen økte fra 1,27 nm til 1,641 nm, og adsorpsjonskapasiteten til benzofenon i simulert bensin økte med 33,7 %. Ved modifisering av trebasert aktivt karbon med henholdsvis 10 % og 70 % volumkonsentrasjon av HN03. Resultatene viser at det spesifikke overflatearealet til aktivt karbon modifisert med 10 % HN03 økte fra 925,45 m²·g-1 til 960,52 m²·g-1; etter modifisering med 70 % HN03 ble det spesifikke overflatearealet redusert til 935,89 m²·g-1. Fjerningsgraden for Cu2+ med aktivt karbon modifisert med to konsentrasjoner av HN03 var over henholdsvis 70 % og 90 %.
For aktivt karbon som brukes i adsorpsjonsfeltet, avhenger adsorpsjonseffekten ikke bare av porestrukturen, men også av de overflatekjemiske egenskapene til adsorbenten. Porestrukturen bestemmer det spesifikke overflatearealet og adsorpsjonskapasiteten til aktivt karbon, mens de overflatekjemiske egenskapene påvirker samspillet mellom aktivt karbon og adsorbat. Til slutt ble det funnet at syremodifisering av aktivt karbon ikke bare kan justere porestrukturen inne i det aktiverte karbonet og rense de blokkerte porene, men også øke innholdet av sure grupper på overflaten av materialet og forbedre polariteten og hydrofilisiteten til overflaten. Adsorpsjonskapasiteten til EDTA med aktivt karbon modifisert med HCl økte med 49,5 % sammenlignet med før modifiseringen, noe som var bedre enn for HNO3-modifisering.
Modifisert kommersielt aktivt karbon med henholdsvis HNO3 og H2O2! De spesifikke overflatearealene etter modifisering var henholdsvis 91,3 % og 80,8 % av de før modifiseringen. Nye oksygenholdige funksjonelle grupper som karboksyl, karbonyl og fenol ble tilsatt overflaten. Adsorpsjonskapasiteten til nitrobenzen ved HNO3-modifisering var best, som var 3,3 ganger høyere enn før modifiseringen. Det er funnet at økningen i innholdet av oksygenholdige funksjonelle grupper i aktivt karbon etter syremodifisering førte til en økning i antall overflateaktive punkter, noe som hadde en direkte effekt på forbedringen av adsorpsjonskapasiteten til måladsorbatet.
Sammenlignet med uorganiske syrer finnes det få rapporter om modifisering av organisk syre av aktivt karbon. Sammenlign effektene av modifisering av organisk syre på porestrukturegenskapene til aktivt karbon og adsorpsjonen av metanol. Etter modifiseringen minket det spesifikke overflatearealet og det totale porevolumet til aktivt karbon. Jo sterkere surheten er, desto større er reduksjonen. Etter modifisering med oksalsyre, vinsyre og sitronsyre minket det spesifikke overflatearealet til aktivt karbon fra henholdsvis 898,59 m²·g-1 til 788,03 m²·g-1, 685,16 m²·g-1 og 622,98 m²·g-1. Mikroporøsiteten til aktivt karbon økte imidlertid etter modifiseringen. Mikroporøsiteten til aktivt karbon modifisert med sitronsyre økte fra 75,9 % til 81,5 %.
Modifisering av oksalsyre og vinsyre er gunstig for adsorpsjonen av metanol, mens sitronsyre har en hemmende effekt. J. Paul Chen et al. [35] fant imidlertid at aktivt karbon modifisert med sitronsyre kan forbedre adsorpsjonen av kobberioner. Lin Tang et al. [36] modifiserte kommersielt aktivt karbon med maursyre, oksalsyre og aminosulfonsyre. Etter modifiseringen ble det spesifikke overflatearealet og porevolumet redusert. Oksygenholdige funksjonelle grupper som 0-HC-0, C-0 og S=0 ble dannet på overflaten av det ferdige produktet, og ujevne etsede kanaler og hvite krystaller dukket opp. Likevektsadsorpsjonskapasiteten til aceton og isopropanol økte også betydelig.
Teknologi for modifisering av alkaliske løsninger
Noen forskere har også brukt alkalisk løsning for å utføre sekundær aktivering på aktivt karbon. Impregner hjemmelaget kullbasert aktivt karbon med Na0H-løsning i forskjellige konsentrasjoner for å kontrollere porestrukturen. Resultatene viste at en lavere alkalikonsentrasjon bidro til poreøkning og -ekspansjon. Den beste effekten ble oppnådd når massekonsentrasjonen var 20 %. Det aktiverte karbonet hadde det høyeste spesifikke overflatearealet (681 m²·g⁻¹) og porevolumet (0,5916 cm³·g⁻¹). Når massekonsentrasjonen av Na0H overstiger 20 %, ødelegges porestrukturen til aktivt karbon, og porestrukturparametrene begynner å avta. Dette er fordi den høye konsentrasjonen av Na0H-løsning vil korrodere karbonskjelettet, og et stort antall porer vil kollapse.
Fremstilling av høytytende aktivt karbon ved polymerblanding. Forløperne var furfuralharpiks og furfurylalkohol, og etylenglykol var det poredannende midlet. Porestrukturen ble kontrollert ved å justere innholdet av de tre polymerene, og et porøst materiale med en porestørrelse mellom 0,008 og 5 μm ble oppnådd. Noen forskere har bevist at polyuretan-imidfilm (PUI) kan karboniseres for å oppnå karbonfilm, og porestrukturen kan kontrolleres ved å endre den molekylære strukturen til polyuretan (PU) prepolymer [41]. Når PUI varmes opp til 200 °C, vil PU og polyimid (PI) bli generert. Når varmebehandlingstemperaturen stiger til 400 °C, produserer PU-pyrolyse gass, noe som resulterer i dannelsen av en porestruktur på PI-filmen. Etter karbonisering oppnås en karbonfilm. I tillegg kan polymerblandingsmetoden også forbedre noen fysiske og mekaniske egenskaper til materialet til en viss grad.
Teknologi for regulering av katalytisk aktivering
Teknologi for regulering av katalytisk aktivering er faktisk en kombinasjon av kjemisk aktiveringsmetode og høytemperaturgassaktiveringsmetode. Vanligvis tilsettes kjemiske stoffer til råmaterialene som katalysatorer, og katalysatorene brukes til å hjelpe karboniserings- eller aktiveringsprosessen for å oppnå porøse karbonmaterialer. Generelt sett har metaller generelt katalytiske effekter, men de katalytiske effektene varierer.
Faktisk er det vanligvis ingen åpenbar grense mellom regulering av kjemisk aktivering og regulering av katalytisk aktivering av porøse materialer. Dette er fordi begge metodene tilsetter reagenser under karboniserings- og aktiveringsprosessen. Den spesifikke rollen til disse reagensene avgjør om metoden tilhører kategorien katalytisk aktivering.
Strukturen til selve det porøse karbonmaterialet, de fysiske og kjemiske egenskapene til katalysatoren, de katalytiske reaksjonsbetingelsene og katalysatorpåføringsmetoden kan alle ha ulik grad av innflytelse på reguleringseffekten. Ved å bruke bituminøst kull som råmateriale kan Mn(N03)2 og Cu(N03)2 som katalysatorer fremstille porøse materialer som inneholder metalloksider. Den passende mengden metalloksider kan forbedre porøsiteten og porevolumet, men de katalytiske effektene av forskjellige metaller er litt forskjellige. Cu(N03)2 kan fremme utviklingen av porer i området 1,5~2,0 nm. I tillegg vil metalloksidene og uorganiske salter som finnes i råmaterialeasken også spille en katalytisk rolle i aktiveringsprosessen. Xie Qiang et al. [42] mente at den katalytiske aktiveringsreaksjonen av elementer som kalsium og jern i uorganisk materiale kan fremme utviklingen av porer. Når innholdet av disse to elementene er for høyt, øker andelen av mellomstore og store porer i produktet betydelig.
Konklusjon
Selv om aktivt karbon, som det mest brukte grønne porøse karbonmaterialet, har spilt en viktig rolle i industri og liv, har det fortsatt et stort potensial for forbedring innen råvareutvidelse, kostnadsreduksjon, kvalitetsforbedring, energiforbedring, levetidsforlengelse og styrkeforbedring. Å finne råvarer av høy kvalitet og billig, utvikle ren og effektiv produksjonsteknologi for aktivt karbon, og optimalisere og regulere porestrukturen til aktivt karbon i henhold til ulike bruksområder vil være en viktig retning for å forbedre kvaliteten på aktiverte karbonprodukter og fremme høykvalitetsutvikling av aktivt karbonindustrien.
Publisert: 27. august 2024