Bine ați venit pe site-ul nostru web pentru informații despre produse și consultanță.
Site-ul nostru web:https://www.vet-china.com/
Metoda de activare fizică și chimică
Metoda de activare fizică și chimică se referă la metoda de preparare a materialelor poroase prin combinarea celor două metode de activare menționate mai sus. În general, se efectuează mai întâi activarea chimică, iar apoi activarea fizică. Mai întâi, celuloza se înmoaie într-o soluție de H3PO4 68%~85% la 85℃ timp de 2 ore, apoi se carbonizează într-un cuptor cu muflă timp de 4 ore și apoi se activează cu CO2. Suprafața specifică a cărbunelui activ obținut a fost de până la 3700m2·g-1. Se utilizează fibră de sisal ca materie primă și se activează fibra de cărbune activ (ACF) obținută prin activarea cu H3PO4 o dată, se încălzește la 830℃ sub protecție cu N2 și apoi se utilizează vapori de apă ca activator pentru activarea secundară. Suprafața specifică a ACF obținută după 60 de minute de activare a fost semnificativ îmbunătățită.
Caracterizarea performanței structurii porilor activațicarbon
Metodele de caracterizare a performanței cărbunelui activ utilizate în mod obișnuit și instrucțiunile de aplicare sunt prezentate în Tabelul 2. Caracteristicile structurii porilor materialului pot fi testate din două aspecte: analiza datelor și analiza imaginilor.
Progresul cercetării în tehnologia de optimizare a structurii porilor din cărbunele activ
Deși cărbunele activ are pori bogați și o suprafață specifică uriașă, are performanțe excelente în multe domenii. Cu toate acestea, datorită selectivității largi a materiilor prime și a condițiilor complexe de preparare, produsele finite prezintă, în general, dezavantaje precum o structură haotică a porilor, suprafețe specifice diferite, distribuție dezordonată a dimensiunii porilor și proprietăți chimice limitate ale suprafeței. Prin urmare, există dezavantaje precum dozajul mare și adaptabilitatea îngustă în procesul de aplicare, care nu pot satisface cerințele pieței. Prin urmare, este de mare importanță practică optimizarea și reglarea structurii și îmbunătățirea performanței sale de utilizare completă. Metodele utilizate în mod obișnuit pentru optimizarea și reglarea structurii porilor includ reglarea chimică, amestecarea polimerilor și reglarea activării catalitice.
Tehnologia de reglare chimică
Tehnologia de reglare chimică se referă la procesul de activare secundară (modificare) a materialelor poroase obținute după activarea cu reactivi chimici, erodând porii originali, dilatând microporii sau creând noi micropori pentru a crește suprafața specifică și structura porilor materialului. În general, produsul finit al unei activări este, în general, imersat în 0,5~4 ori soluție chimică pentru a regla structura porilor și a crește suprafața specifică. Toate tipurile de soluții acide și alcaline pot fi utilizate ca reactivi pentru activarea secundară.
Tehnologie de modificare a oxidării suprafeței acide
Modificarea oxidării acide a suprafeței este o metodă de reglare utilizată în mod obișnuit. La o temperatură adecvată, oxidanții acizi pot îmbogăți porii din interiorul cărbunelui activ, pot îmbunătăți dimensiunea porilor și pot curăța porii blocați. În prezent, cercetările interne și internaționale se concentrează în principal pe modificarea acizilor anorganici. HN03 este un oxidant utilizat în mod obișnuit, iar mulți cercetători utilizează HN03 pentru a modifica cărbunele activ. Tong Li și colab. [28] au descoperit că HN03 poate crește conținutul de grupări funcționale care conțin oxigen și azot pe suprafața cărbunelui activ și poate îmbunătăți efectul de adsorbție al mercurului.
Modificarea cărbunelui activ cu HN03, după modificare, suprafața specifică a cărbunelui activ a scăzut de la 652 m²·g-1 la 241 m²·g-1, dimensiunea medie a porilor a crescut de la 1,27 nm la 1,641 nm, iar capacitatea de adsorbție a benzofenonei în benzina simulată a crescut cu 33,7%. Modificarea cărbunelui activ din lemn cu o concentrație volumică de HN03 de 10% și, respectiv, 70%. Rezultatele arată că suprafața specifică a cărbunelui activ modificat cu 10% HN03 a crescut de la 925,45 m²·g-1 la 960,52 m²·g-1; după modificarea cu 70% HN03, suprafața specifică a scăzut la 935,89 m²·g-1. Ratele de îndepărtare a Cu2+ prin cărbune activ modificat cu două concentrații de HN03 au fost peste 70%, respectiv 90%.
În cazul cărbunelui activ utilizat în domeniul adsorbției, efectul de adsorbție depinde nu numai de structura porilor, ci și de proprietățile chimice de suprafață ale adsorbantului. Structura porilor determină suprafața specifică și capacitatea de adsorbție a cărbunelui activ, în timp ce proprietățile chimice de suprafață afectează interacțiunea dintre cărbunele activ și adsorbat. În cele din urmă, s-a constatat că modificarea acidă a cărbunelui activ nu numai că poate ajusta structura porilor din interiorul cărbunelui activ și poate curăța porii blocați, dar poate și crește conținutul de grupări acide de pe suprafața materialului și poate spori polaritatea și hidrofilicitatea suprafeței. Capacitatea de adsorbție a EDTA prin cărbune activ modificat cu HCI a crescut cu 49,5% comparativ cu cea de dinainte de modificare, ceea ce a fost mai bun decât cea a modificării cu HNO3.
Cărbune activ comercial modificat cu HNO3 și respectiv H2O2! Suprafețele specifice după modificare au fost de 91,3%, respectiv 80,8% din cele de dinainte de modificare. La suprafață au fost adăugate noi grupe funcționale care conțin oxigen, cum ar fi carboxil, carbonil și fenol. Capacitatea de adsorbție a nitrobenzenului prin modificarea cu HNO3 a fost cea mai bună, fiind de 3,3 ori mai mare decât cea de dinainte de modificare. S-a constatat că creșterea conținutului de grupe funcționale care conțin oxigen în cărbunele activ după modificarea cu acid a dus la o creștere a numărului de puncte active de suprafață, ceea ce a avut un efect direct asupra îmbunătățirii capacității de adsorbție a adsorbatului țintă.
În comparație cu acizii anorganici, există puține rapoarte privind modificarea cărbunelui activ cu acid organic. Comparați efectele modificării acidului organic asupra proprietăților structurii porilor cărbunelui activ și adsorbției metanolului. După modificare, suprafața specifică și volumul total al porilor cărbunelui activ au scăzut. Cu cât aciditatea este mai puternică, cu atât scăderea este mai mare. După modificarea cu acid oxalic, acid tartric și acid citric, suprafața specifică a cărbunelui activ a scăzut de la 898,59 m²·g-1 la 788,03 m²·g-1, 685,16 m²·g-1 și, respectiv, 622,98 m²·g-1. Cu toate acestea, microporozitatea cărbunelui activ a crescut după modificare. Microporozitatea cărbunelui activ modificat cu acid citric a crescut de la 75,9% la 81,5%.
Modificarea cu acid oxalic și acid tartric este benefică pentru adsorbția metanolului, în timp ce acidul citric are un efect inhibitor. Cu toate acestea, J. Paul Chen și colab. [35] au descoperit că carbonul activ modificat cu acid citric poate spori adsorbția ionilor de cupru. Lin Tang și colab. [36] au modificat carbonul activ comercial cu acid formic, acid oxalic și acid aminosulfonic. După modificare, suprafața specifică și volumul porilor au fost reduse. Pe suprafața produsului finit s-au format grupuri funcționale care conțin oxigen, cum ar fi 0-HC-0, C-0 și S=0, și au apărut canale gravate neuniforme și cristale albe. Capacitatea de adsorbție la echilibru a acetonei și izopropanolului a crescut, de asemenea, semnificativ.
Tehnologia de modificare a soluțiilor alcaline
Unii cercetători au folosit, de asemenea, soluții alcaline pentru a efectua activarea secundară a cărbunelui activ. Impregnați cărbunele activ pe bază de cărbune cu o soluție de Na₂H de diferite concentrații pentru a controla structura porilor. Rezultatele au arătat că o concentrație mai mică de alcali a condus la creșterea și expansiunea porilor. Cel mai bun efect a fost obținut atunci când concentrația masică a fost de 20%. Cărbunele activ a avut cea mai mare suprafață specifică (681 m²·g-1) și volum al porilor (0,5916 cm³·g-1). Când concentrația masică de Na₂H depășește 20%, structura porilor cărbunelui activ este distrusă, iar parametrii structurii porilor încep să scadă. Acest lucru se datorează faptului că concentrația mare de soluție de Na₂H va coroda scheletul de carbon și un număr mare de pori se vor prăbuși.
Prepararea cărbunelui activ de înaltă performanță prin amestecarea polimerilor. Precursorii au fost rășina furfural și alcoolul furfurilic, iar etilenglicolul a fost agentul de formare a porilor. Structura porilor a fost controlată prin ajustarea conținutului celor trei polimeri, obținându-se un material poros cu o dimensiune a porilor între 0,008 și 5 μm. Unii cercetători au demonstrat că pelicula de poliuretan-imidă (PUI) poate fi carbonizată pentru a obține o peliculă de carbon, iar structura porilor poate fi controlată prin modificarea structurii moleculare a prepolimerului de poliuretan (PU) [41]. Când PUI este încălzit la 200°C, se vor genera PU și poliimidă (PI). Când temperatura tratamentului termic crește la 400°C, piroliza PU produce gaz, rezultând formarea unei structuri de pori pe pelicula de PI. După carbonizare, se obține o peliculă de carbon. În plus, metoda de amestecare a polimerilor poate îmbunătăți, de asemenea, într-o anumită măsură unele proprietăți fizice și mecanice ale materialului.
Tehnologia de reglare a activării catalitice
Tehnologia de reglare a activării catalitice este de fapt o combinație între metoda de activare chimică și metoda de activare cu gaz la temperatură înaltă. În general, substanțele chimice sunt adăugate la materiile prime ca și catalizatori, iar catalizatorii sunt utilizați pentru a ajuta procesul de carbonizare sau activare pentru a obține materiale poroase din carbon. În general, metalele au, în general, efecte catalitice, dar efectele catalitice variază.
De fapt, de obicei nu există o limită evidentă între reglarea activării chimice și reglarea activării catalitice a materialelor poroase. Acest lucru se datorează faptului că ambele metode adaugă reactivi în timpul procesului de carbonizare și activare. Rolul specific al acestor reactivi determină dacă metoda aparține categoriei de activare catalitică.
Structura materialului poros de carbon în sine, proprietățile fizice și chimice ale catalizatorului, condițiile de reacție catalitică și metoda de încărcare a catalizatorului pot avea grade diferite de influență asupra efectului de reglare. Folosind cărbune bituminos ca materie primă, Mn(N03)2 și Cu(N03)2 ca și catalizatori pot prepara materiale poroase care conțin oxizi metalici. Cantitatea adecvată de oxizi metalici poate îmbunătăți porozitatea și volumul porilor, dar efectele catalitice ale diferitelor metale sunt ușor diferite. Cu(N03)2 poate promova dezvoltarea porilor în intervalul 1,5~2,0 nm. În plus, oxizii metalici și sărurile anorganice conținute în cenușa materiei prime vor juca, de asemenea, un rol catalitic în procesul de activare. Xie Qiang și colab. [42] au considerat că reacția de activare catalitică a elementelor precum calciul și fierul din materia anorganică poate promova dezvoltarea porilor. Atunci când conținutul acestor două elemente este prea mare, proporția de pori medii și mari din produs crește semnificativ.
Concluzie
Deși cărbunele activ, fiind cel mai utilizat material poros verde pe bază de carbon, a jucat un rol important în industrie și în viață, acesta are încă un mare potențial de îmbunătățire în ceea ce privește extinderea materiilor prime, reducerea costurilor, îmbunătățirea calității, îmbunătățirea energiei, prelungirea duratei de viață și îmbunătățirea rezistenței. Găsirea de materii prime ieftine și de înaltă calitate pentru cărbune activ, dezvoltarea unei tehnologii de producție a cărbunelui activ curate și eficiente, precum și optimizarea și reglarea structurii porilor cărbunelui activ în funcție de diferite domenii de aplicare vor fi o direcție importantă pentru îmbunătățirea calității produselor pe bază de cărbune activ și promovarea dezvoltării de înaltă calitate a industriei cărbunelui activ.
Data publicării: 27 august 2024