Witamy na naszej stronie internetowej, gdzie znajdą Państwo informacje o produktach i konsultacje.
Nasza strona internetowa:https://www.vet-china.com/
Metoda aktywacji fizycznej i chemicznej
Metoda aktywacji fizycznej i chemicznej odnosi się do metody przygotowywania materiałów porowatych poprzez połączenie dwóch powyższych metod aktywacji. Zazwyczaj najpierw przeprowadza się aktywację chemiczną, a następnie aktywację fizyczną. Najpierw namocz celulozę w 68%~85% roztworze H3PO4 w temperaturze 85℃ przez 2 godziny, a następnie karbonizuj ją w piecu muflowym przez 4 godziny, a następnie aktywuj ją za pomocą CO2. Powierzchnia właściwa uzyskanego węgla aktywnego wynosiła aż 3700m2·g-1. Spróbuj użyć włókna sizalowego jako surowca i aktywuj włókno węgla aktywnego (ACF) uzyskane przez aktywację H3PO4 raz, podgrzej je do 830℃ pod osłoną N2, a następnie użyj pary wodnej jako aktywatora do aktywacji wtórnej. Powierzchnia właściwa ACF uzyskana po 60 minutach aktywacji została znacznie poprawiona.
Charakterystyka wydajności struktury porów aktywowanychwęgiel
Najczęściej stosowane metody charakterystyki wydajności węgla aktywnego i wskazówki dotyczące stosowania przedstawiono w tabeli 2. Charakterystykę struktury porów materiału można zbadać na podstawie dwóch aspektów: analizy danych i analizy obrazu.
Postęp badań nad technologią optymalizacji struktury porów węgla aktywnego
Chociaż węgiel aktywowany ma bogate pory i ogromną powierzchnię właściwą, ma doskonałe właściwości w wielu dziedzinach. Jednak ze względu na szeroką selektywność surowca i złożone warunki przygotowania, gotowe produkty mają zazwyczaj wady chaotycznej struktury porów, różnej powierzchni właściwej, nieuporządkowanego rozkładu wielkości porów i ograniczonych właściwości chemicznych powierzchni. Dlatego występują wady, takie jak duże dawkowanie i wąska adaptowalność w procesie aplikacji, które nie mogą sprostać wymaganiom rynku. Dlatego też optymalizacja i regulacja struktury oraz poprawa jej wszechstronnej wydajności wykorzystania ma duże znaczenie praktyczne. Powszechnie stosowane metody optymalizacji i regulacji struktury porów obejmują regulację chemiczną, mieszanie polimerów i regulację aktywacji katalitycznej.
Technologia regulacji chemicznej
Technologia regulacji chemicznej odnosi się do procesu wtórnej aktywacji (modyfikacji) materiałów porowatych uzyskanych po aktywacji odczynnikami chemicznymi, erozji pierwotnych porów, rozszerzaniu mikroporów lub dalszym tworzeniu nowych mikroporów w celu zwiększenia powierzchni właściwej i struktury porów materiału. Mówiąc ogólnie, gotowy produkt jednej aktywacji jest zazwyczaj zanurzany w 0,5~4-krotności roztworu chemicznego w celu regulacji struktury porów i zwiększenia powierzchni właściwej. Wszystkie rodzaje roztworów kwasów i zasad mogą być używane jako odczynniki do wtórnej aktywacji.
Technologia modyfikacji powierzchni kwasem utleniającym
Modyfikacja utleniania powierzchni kwasem jest powszechnie stosowaną metodą regulacji. W odpowiedniej temperaturze utleniacze kwasowe mogą wzbogacać pory wewnątrz węgla aktywnego, poprawiać jego rozmiar i pogłębiać zablokowane pory. Obecnie krajowe i zagraniczne badania koncentrują się głównie na modyfikacji kwasów nieorganicznych. HN03 jest powszechnie stosowanym utleniaczem, a wielu naukowców używa HN03 do modyfikacji węgla aktywnego. Tong Li i in. [28] odkryli, że HN03 może zwiększać zawartość grup funkcyjnych zawierających tlen i azot na powierzchni węgla aktywnego i poprawiać efekt adsorpcji rtęci.
Modyfikacja węgla aktywnego za pomocą HN03, po modyfikacji, powierzchnia właściwa węgla aktywnego zmniejszyła się z 652 m2·g-1 do 241 m2·g-1, średni rozmiar porów wzrósł z 1,27 nm do 1,641 nm, a pojemność adsorpcyjna benzofenonu w symulowanej benzynie wzrosła o 33,7%. Modyfikacja drewna węglem aktywnym o stężeniu objętościowym HN03 odpowiednio 10% i 70%. Wyniki pokazują, że powierzchnia właściwa węgla aktywnego zmodyfikowanego 10% HN03 wzrosła z 925,45 m2·g-1 do 960,52 m2·g-1; po modyfikacji 70% HN03, powierzchnia właściwa zmniejszyła się do 935,89 m2·g-1. Szybkości usuwania Cu2+ przez węgiel aktywny zmodyfikowany dwoma stężeniami HN03 wynosiły odpowiednio powyżej 70% i 90%.
W przypadku węgla aktywowanego stosowanego w dziedzinie adsorpcji efekt adsorpcji zależy nie tylko od struktury porów, ale także od właściwości chemicznych powierzchni adsorbentu. Struktura porów określa powierzchnię właściwą i zdolność adsorpcyjną węgla aktywowanego, podczas gdy właściwości chemiczne powierzchni wpływają na interakcję między węglem aktywowanym a adsorbatem. Ostatecznie stwierdzono, że modyfikacja kwasowa węgla aktywowanego może nie tylko dostosować strukturę porów wewnątrz węgla aktywowanego i oczyścić zablokowane pory, ale także zwiększyć zawartość grup kwasowych na powierzchni materiału i poprawić polarność i hydrofilowość powierzchni. Zdolność adsorpcyjna EDTA przez węgiel aktywowany modyfikowany HCl wzrosła o 49,5% w porównaniu z tą przed modyfikacją, co było lepsze niż w przypadku modyfikacji HNO3.
Modyfikowany komercyjny węgiel aktywowany odpowiednio HNO3 i H2O2! Powierzchnia właściwa po modyfikacji wynosiła odpowiednio 91,3% i 80,8% powierzchni przed modyfikacją. Do powierzchni dodano nowe grupy funkcyjne zawierające tlen, takie jak karboksyl, karbonyl i fenol. Zdolność adsorpcyjna nitrobenzenu przez modyfikację HNO3 była najlepsza, 3,3 razy większa niż przed modyfikacją. Stwierdzono, że wzrost zawartości grup funkcyjnych zawierających tlen w węglu aktywowanym po modyfikacji kwasowej doprowadził do wzrostu liczby punktów powierzchniowo czynnych, co miało bezpośredni wpływ na poprawę zdolności adsorpcyjnej docelowego adsorbatu.
W porównaniu z kwasami nieorganicznymi, istnieje niewiele raportów na temat modyfikacji węgla aktywnego kwasem organicznym. Porównaj efekty modyfikacji kwasem organicznym na właściwości struktury porów węgla aktywnego i adsorpcję metanolu. Po modyfikacji powierzchnia właściwa i całkowita objętość porów węgla aktywnego zmniejszyły się. Im silniejsza kwasowość, tym większy spadek. Po modyfikacji kwasem szczawiowym, kwasem winowym i kwasem cytrynowym powierzchnia właściwa węgla aktywnego zmniejszyła się z 898,59 m2·g-1 do odpowiednio 788,03 m2·g-1, 685,16 m2·g-1 i 622,98 m2·g-1. Jednak mikroporowatość węgla aktywnego wzrosła po modyfikacji. Mikroporowatość węgla aktywnego modyfikowanego kwasem cytrynowym wzrosła z 75,9% do 81,5%.
Modyfikacja kwasem szczawiowym i kwasem winowym jest korzystna dla adsorpcji metanolu, podczas gdy kwas cytrynowy ma działanie hamujące. Jednakże J. Paul Chen i in. [35] odkryli, że węgiel aktywowany modyfikowany kwasem cytrynowym może zwiększyć adsorpcję jonów miedzi. Lin Tang i in. [36] zmodyfikowali komercyjny węgiel aktywowany kwasem mrówkowym, kwasem szczawiowym i kwasem aminosulfonowym. Po modyfikacji powierzchnia właściwa i objętość porów uległy zmniejszeniu. Grupy funkcyjne zawierające tlen, takie jak 0-HC-0, C-0 i S=0, utworzyły się na powierzchni gotowego produktu, a także pojawiły się nierówno wytrawione kanały i białe kryształy. Równowagowa zdolność adsorpcyjna acetonu i izopropanolu również znacznie wzrosła.
Technologia modyfikacji roztworów alkalicznych
Niektórzy naukowcy stosowali również roztwór alkaliczny do przeprowadzenia wtórnej aktywacji węgla aktywnego. Impregnowali domowy węgiel aktywny na bazie węgla roztworem Na0H o różnych stężeniach, aby kontrolować strukturę porów. Wyniki wykazały, że niższe stężenie alkaliczne sprzyjało zwiększeniu i rozszerzeniu porów. Najlepszy efekt osiągnięto, gdy stężenie masowe wynosiło 20%. Węgiel aktywny miał największą powierzchnię właściwą (681 m2·g-1) i objętość porów (0,5916 cm3·g-1). Gdy stężenie masowe Na0H przekracza 20%, struktura porów węgla aktywnego ulega zniszczeniu, a parametry struktury porów zaczynają się zmniejszać. Dzieje się tak, ponieważ wysokie stężenie roztworu Na0H powoduje korozję szkieletu węglowego, a duża liczba porów ulegnie zapadnięciu.
Przygotowanie wysokowydajnego węgla aktywowanego poprzez mieszanie polimerów. Prekursorami były żywica furfuralowa i alkohol furfurylowy, a glikol etylenowy był czynnikiem porotwórczym. Strukturę porów kontrolowano poprzez dostosowanie zawartości trzech polimerów, a uzyskano materiał porowaty o wielkości porów od 0,008 do 5 μm. Niektórzy naukowcy udowodnili, że folię poliuretanowo-imidową (PUI) można karbonizować w celu uzyskania folii węglowej, a strukturę porów można kontrolować poprzez zmianę struktury cząsteczkowej prepolimeru poliuretanowego (PU) [41]. Gdy PUI zostanie podgrzany do 200°C, powstaną PU i poliimid (PI). Gdy temperatura obróbki cieplnej wzrośnie do 400°C, piroliza PU wytwarza gaz, co powoduje utworzenie struktury porów na folii PI. Po karbonizacji uzyskuje się folię węglową. Ponadto metoda mieszania polimerów może również w pewnym stopniu poprawić niektóre właściwości fizyczne i mechaniczne materiału.
Technologia regulacji aktywacji katalitycznej
Technologia regulacji aktywacji katalitycznej jest w rzeczywistości połączeniem metody aktywacji chemicznej i metody aktywacji gazem w wysokiej temperaturze. Zazwyczaj substancje chemiczne są dodawane do surowców jako katalizatory, a katalizatory są używane do wspomagania procesu karbonizacji lub aktywacji w celu uzyskania porowatych materiałów węglowych. Ogólnie rzecz biorąc, metale mają zazwyczaj działanie katalityczne, ale działanie katalityczne jest różne.
W rzeczywistości zazwyczaj nie ma wyraźnej granicy między regulacją aktywacji chemicznej a regulacją aktywacji katalitycznej materiałów porowatych. Dzieje się tak, ponieważ obie metody dodają odczynniki podczas procesu karbonizacji i aktywacji. Konkretna rola tych odczynników decyduje, czy metoda należy do kategorii aktywacji katalitycznej.
Struktura samego porowatego materiału węglowego, właściwości fizyczne i chemiczne katalizatora, warunki reakcji katalitycznej i metoda ładowania katalizatora mogą mieć różny stopień wpływu na efekt regulacji. Używając węgla kamiennego jako surowca, Mn(N03)2 i Cu(N03)2 jako katalizatorów można przygotować materiały porowate zawierające tlenki metali. Odpowiednia ilość tlenków metali może poprawić porowatość i objętość porów, ale efekty katalityczne różnych metali są nieznacznie różne. Cu(N03)2 może promować rozwój porów w zakresie 1,5~2,0 nm. Ponadto tlenki metali i sole nieorganiczne zawarte w popiele surowca również będą odgrywać rolę katalityczną w procesie aktywacji. Xie Qiang i in. [42] uważali, że reakcja katalitycznej aktywacji pierwiastków, takich jak wapń i żelazo w materii nieorganicznej, może promować rozwój porów. Gdy zawartość tych dwóch pierwiastków jest zbyt wysoka, udział średnich i dużych porów w produkcie znacznie wzrasta.
Wniosek
Chociaż węgiel aktywowany, jako najszerzej stosowany zielony porowaty materiał węglowy, odegrał ważną rolę w przemyśle i życiu, nadal ma duży potencjał poprawy w zakresie ekspansji surowców, redukcji kosztów, poprawy jakości, poprawy energii, wydłużenia żywotności i poprawy wytrzymałości. Znajdowanie wysokiej jakości i tanich surowców z węgla aktywowanego, opracowywanie czystej i wydajnej technologii produkcji węgla aktywowanego oraz optymalizacja i regulacja struktury porów węgla aktywowanego zgodnie z różnymi polami zastosowań będą ważnym kierunkiem poprawy jakości produktów z węgla aktywowanego i promowania wysokiej jakości rozwoju przemysłu węgla aktywowanego.
Czas publikacji: 27-08-2024