Zapraszamy na naszą stronę internetową, gdzie znajdą Państwo informacje o produktach i porady.
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 fizyczną. Najpierw namocz celulozę w 68%–85% roztworze H3PO4 w temperaturze 85°C przez 2 godziny, następnie karbonizuj ją w piecu muflowym przez 4 godziny, a następnie aktywuj ją CO2. Powierzchnia właściwa uzyskanego węgla aktywnego wynosiła aż 3700 m2·g-1. Spróbuj użyć włókna sizalowego jako surowca i aktywuj włókno węgla aktywnego (ACF) uzyskane przez aktywację H3PO4 raz, podgrzej je do 830°C pod osłoną N2, a następnie użyj pary wodnej jako aktywatora do aktywacji wtórnej. Powierzchnia właściwa ACF otrzymana po 60 minutach aktywacji znacznie się poprawiła.
Charakterystyka wydajności struktury porów aktywowanychwęgiel
W tabeli 2 przedstawiono powszechnie stosowane metody charakterystyki właściwości węgla aktywnego oraz wskazówki dotyczące jego stosowania. Charakterystykę struktury porów materiału można zbadać na dwa sposoby: przy użyciu analizy danych i analizy obrazu.
Postęp badań nad technologią optymalizacji struktury porów węgla aktywnego
Chociaż węgiel aktywny charakteryzuje się bogatą strukturą porów i ogromną powierzchnią właściwą, charakteryzuje się on doskonałą wydajnością w wielu dziedzinach. Jednak ze względu na szeroki wybór surowców i złożone warunki przygotowania, gotowe produkty charakteryzują się zazwyczaj wadami w postaci chaotycznej struktury porów, zróżnicowanej powierzchni właściwej, nieuporządkowanego rozkładu wielkości porów oraz ograniczonych właściwości chemicznych powierzchni. W związku z tym występują wady, takie jak duże dawki i ograniczone możliwości adaptacji w procesie aplikacji, które nie spełniają wymagań rynku. Dlatego optymalizacja i regulacja struktury oraz poprawa jej wszechstronnego wykorzystania ma ogromne znaczenie praktyczne. Powszechnie stosowane metody optymalizacji i regulacji struktury porów obejmują regulację chemiczną, mieszanie polimerów oraz regulację aktywacji katalitycznej.
Technologia regulacji chemicznej
Technologia regulacji chemicznej odnosi się do procesu wtórnej aktywacji (modyfikacji) materiałów porowatych uzyskanych po aktywacji odczynnikami chemicznymi, polegającego na erozji pierwotnych porów, rozszerzeniu mikroporów lub dalszym tworzeniu nowych mikroporów w celu zwiększenia powierzchni właściwej i struktury porów materiału. Ogólnie rzecz biorąc, gotowy produkt jednej aktywacji jest zazwyczaj zanurzany w roztworze chemicznym o stężeniu 0,5–4 razy większym niż 1000 ml, aby wyregulować strukturę porów i zwiększyć powierzchnię właściwą. Jako odczynniki do wtórnej aktywacji można stosować wszelkiego rodzaju roztwory kwasów i zasad.
Technologia modyfikacji powierzchni kwasem utleniającym
Modyfikacja powierzchni węgla aktywnego poprzez utlenianie kwasem jest powszechnie stosowaną metodą regulacji. W odpowiedniej temperaturze utleniacze kwasowe mogą wzbogacać pory wewnątrz węgla aktywnego, poprawiać jego rozmiar i usuwać zablokowane pory. Obecnie badania krajowe i zagraniczne koncentrują się głównie na modyfikacji kwasów nieorganicznych. HN03 jest powszechnie stosowanym utleniaczem, a wielu naukowców wykorzystuje 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 oraz 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 zdolność adsorpcji benzofenonu w symulowanej benzynie wzrosła o 33,7%. Modyfikacja drewna węglem aktywnym przy stężeniu HN03 wynoszącym odpowiednio 10% i 70% objętości. Wyniki pokazują, że powierzchnia właściwa węgla aktywnego modyfikowanego 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 modyfikowany dwoma stężeniami HN03 wynosiły odpowiednio powyżej 70% i 90%.
W przypadku węgla aktywnego stosowanego w adsorpcji, efekt adsorpcji zależy nie tylko od struktury porów, ale również od właściwości chemicznych powierzchni adsorbentu. Struktura porów determinuje powierzchnię właściwą i zdolność adsorpcyjną węgla aktywnego, podczas gdy właściwości chemiczne powierzchni wpływają na interakcję między węglem aktywnym a adsorbatem. Ostatecznie stwierdzono, że modyfikacja węgla aktywnego kwasem może nie tylko dostosować strukturę porów wewnątrz węgla aktywnego i oczyścić zablokowane pory, ale także zwiększyć zawartość grup kwasowych na powierzchni materiału oraz poprawić polarność i hydrofilowość powierzchni. Zdolność adsorpcyjna EDTA przez węgiel aktywny modyfikowany HCl wzrosła o 49,5% w porównaniu z wartością sprzed modyfikacji, co było lepszym wynikiem niż w przypadku modyfikacji HNO3.
Komercyjny węgiel aktywny modyfikowany 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 karboksylowa, karbonylowa i fenolowa. Zdolność adsorpcyjna nitrobenzenu po modyfikacji HNO3 była najwyższa i była 3,3 razy większa niż przed modyfikacją. Stwierdzono, że wzrost zawartości grup funkcyjnych zawierających tlen w węglu aktywnym po modyfikacji kwasem doprowadził do wzrostu liczby punktów powierzchniowo czynnych, co miało bezpośredni wpływ na poprawę zdolności adsorpcyjnej docelowego adsorbatu.
W porównaniu z kwasami nieorganicznymi, istnieje niewiele doniesień na temat modyfikacji węgla aktywnego kwasami organicznymi. Porównaj wpływ modyfikacji kwasami organicznymi 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, winowym i 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. Jednakże mikroporowatość węgla aktywnego wzrosła po modyfikacji. Mikroporowatość węgla aktywnego modyfikowanego kwasem cytrynowym wzrosła z 75,9% do 81,5%.
Modyfikacja kwasem szczawiowym i winowym jest korzystna dla adsorpcji metanolu, podczas gdy kwas cytrynowy ma działanie hamujące. Jednakże J. Paul Chen i in. [35] stwierdzili, że węgiel aktywny modyfikowany kwasem cytrynowym może zwiększyć adsorpcję jonów miedzi. Lin Tang i in. [36] zmodyfikowali komercyjny węgiel aktywny kwasem mrówkowym, szczawiowym i aminosulfonowym. Po modyfikacji powierzchnia właściwa i objętość porów uległy zmniejszeniu. Na powierzchni gotowego produktu utworzyły się grupy funkcyjne zawierające tlen, takie jak 0-HC-0, C-0 i S=0, a także pojawiły się nierównomiernie wytrawione kanały i białe kryształy. Zdolność adsorpcji równowagowej acetonu i izopropanolu również znacznie wzrosła.
Technologia modyfikacji roztworów alkalicznych
Niektórzy naukowcy stosowali również roztwory alkaliczne do wtórnej aktywacji węgla aktywnego. Impregnowali domowy węgiel aktywny na bazie węgla roztworem Na0H o różnych stężeniach, aby kontrolować strukturę porów. Wyniki pokazały, że niższe stężenie alkaliczne sprzyjało wzrostowi i rozszerzaniu się porów. Najlepszy efekt osiągnięto przy stężeniu masowym wynoszącym 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 obniżać. Dzieje się tak, ponieważ wysokie stężenie roztworu Na0H powoduje korozję szkieletu węglowego i zapadanie się dużej liczby porów.
Przygotowanie wysokowydajnego węgla aktywnego poprzez mieszanie polimerów. Prekursorami były żywica furfuralowa i alkohol furfurylowy, a glikol etylenowy był czynnikiem porotwórczym. Strukturę porów kontrolowano poprzez dostosowanie zawartości trzech polimerów, uzyskując materiał porowaty o średnicy 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]. Po podgrzaniu PUI do 200°C powstają PU i poliimid (PI). Po wzroście temperatury obróbki cieplnej do 400°C, piroliza PU wytwarza gaz, co powoduje tworzenie się struktury porowatej na folii PI. Po karbonizacji powstaje folia węglowa. Ponadto metoda mieszania polimerów może również w pewnym stopniu poprawić niektóre właściwości fizyczne i mechaniczne materiału.
Technologia regulacji aktywacji katalitycznej
Technologia regulacji aktywacji katalitycznej to w rzeczywistości połączenie metody aktywacji chemicznej i metody aktywacji gazowej w wysokiej temperaturze. Zazwyczaj substancje chemiczne dodaje się do surowców jako katalizatory, a katalizatory wspomagają proces karbonizacji lub aktywacji w celu uzyskania porowatych materiałów węglowych. Ogólnie rzecz biorąc, metale zazwyczaj wykazują działanie katalityczne, jednak jego charakter jest różny.
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. Specyficzna rola tych odczynników decyduje o tym, czy dana 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 nieco 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 duża, udział średnich i dużych porów w produkcie znacznie wzrasta.
Wniosek
Chociaż węgiel aktywny, jako najszerzej stosowany porowaty materiał węglowy, odegrał ważną rolę w przemyśle i życiu, wciąż ma ogromny potencjał w zakresie zwiększenia dostępności surowców, redukcji kosztów, poprawy jakości, oszczędności energii, wydłużenia żywotności i zwiększenia wytrzymałości. Poszukiwanie wysokiej jakości i tanich surowców węglowych, opracowanie czystej i wydajnej technologii produkcji węgla aktywnego oraz optymalizacja i regulacja struktury porów węgla aktywnego w zależności od różnych obszarów zastosowań będą stanowić ważny kierunek poprawy jakości produktów z węgla aktywnego i promowania wysokiej jakości rozwoju przemysłu węgla aktywnego.
Czas publikacji: 27.08.2024