Vitajte na našej webovej stránke, kde nájdete informácie o produktoch a konzultácie.
Naša webová stránka:https://www.vet-china.com/
Metóda fyzikálnej a chemickej aktivácie
Metóda fyzikálnej a chemickej aktivácie označuje metódu prípravy pórovitých materiálov kombináciou dvoch vyššie uvedených aktivačných metód. Vo všeobecnosti sa najprv vykoná chemická aktivácia a potom fyzikálna aktivácia. Najprv sa celulóza namočí do 68 % až 85 % roztoku H3PO4 pri teplote 85 ℃ na 2 hodiny, potom sa karbonizuje v muflovej peci na 4 hodiny a nakoniec sa aktivuje CO2. Špecifický povrch získaného aktívneho uhlia dosiahol až 3700 m2·g-1. Ako surovinu sa použije sisalové vlákno a aktívne uhlíkové vlákno (ACF) získané aktiváciou H3PO4 sa aktivuje raz, zahreje sa na 830 ℃ pod ochranou N2 a potom sa ako aktivátor použije vodná para na sekundárnu aktiváciu. Špecifický povrch ACF získaný po 60 minútach aktivácie sa výrazne zlepší.
Charakterizácia štruktúry pórov aktivovaných materiálovuhlík
Bežne používané metódy charakterizácie výkonu aktívneho uhlia a pokyny na použitie sú uvedené v tabuľke 2. Charakteristiky pórovitej štruktúry materiálu je možné testovať z dvoch hľadísk: analýzou údajov a analýzou obrazu.
Pokrok vo výskume technológie optimalizácie štruktúry pórov aktívneho uhlia
Hoci má aktívne uhlie bohaté póry a obrovský špecifický povrch, má vynikajúci výkon v mnohých oblastiach. Avšak kvôli širokej selektivite surovín a zložitým podmienkam prípravy majú hotové produkty vo všeobecnosti nevýhody v podobe chaotickej štruktúry pórov, rôzneho špecifického povrchu, neusporiadaného rozloženia veľkosti pórov a obmedzených chemických vlastností povrchu. Preto existujú nevýhody, ako je veľké dávkovanie a úzka adaptabilita v aplikačnom procese, ktoré nemôžu splniť požiadavky trhu. Preto má veľký praktický význam optimalizovať a regulovať štruktúru a zlepšiť jej komplexné využitie. Medzi bežne používané metódy na optimalizáciu a reguláciu štruktúry pórov patrí chemická regulácia, miešanie polymérov a regulácia katalytickej aktivácie.
Technológia chemickej regulácie
Technológia chemickej regulácie sa vzťahuje na proces sekundárnej aktivácie (modifikácie) pórovitých materiálov získaných po aktivácii chemickými činidlami, pričom sa pôvodné póry eróziou rozširujú, mikropóry rozširujú alebo vytvárajú nové mikropóry s cieľom zväčšiť špecifický povrch a štruktúru pórov materiálu. Vo všeobecnosti sa hotový produkt po jednej aktivácii ponorí do 0,5 až 4-násobného chemického roztoku, aby sa regulovala štruktúra pórov a zvýšila sa špecifická plocha povrchu. Ako činidlá na sekundárnu aktiváciu možno použiť všetky druhy kyslých a alkalických roztokov.
Technológia modifikácie kyslého povrchu oxidáciou
Modifikácia povrchu oxidáciou kyselín je bežne používaná regulačná metóda. Pri vhodnej teplote môžu kyslé oxidačné činidlá obohatiť póry vo vnútri aktívneho uhlia, zlepšiť jeho veľkosť pórov a odstrániť upchaté póry. V súčasnosti sa domáci aj zahraničný výskum zameriava najmä na modifikáciu anorganických kyselín. HN03 je bežne používané oxidačné činidlo a mnoho vedcov používa HN03 na modifikáciu aktívneho uhlia. Tong Li a kol. [28] zistili, že HN03 môže zvýšiť obsah funkčných skupín obsahujúcich kyslík a dusík na povrchu aktívneho uhlia a zlepšiť adsorpčný účinok ortuti.
Modifikáciou aktívneho uhlia s HN03 sa špecifický povrch aktívneho uhlia znížil zo 652 m2·g-1 na 241 m2·g-1, priemerná veľkosť pórov sa zvýšila z 1,27 nm na 1,641 nm a adsorpčná kapacita benzofenónu v simulovanom benzíne sa zvýšila o 33,7 %. Modifikáciou dreveného aktívneho uhlia s 10 % a 70 % objemovou koncentráciou HN03 sa špecifický povrch aktívneho uhlia modifikovaného 10 % HN03 zvýšil z 925,45 m2·g-1 na 960,52 m2·g-1; po modifikácii 70 % HN03 sa špecifický povrch znížil na 935,89 m2·g-1. Rýchlosť odstraňovania Cu2+ aktívnym uhlím modifikovaným dvoma koncentráciami HN03 bola vyššia ako 70 % a 90 %.
V prípade aktívneho uhlia používaného v oblasti adsorpcie závisí adsorpčný účinok nielen od štruktúry pórov, ale aj od chemických vlastností povrchu adsorbentu. Štruktúra pórov určuje špecifický povrch a adsorpčnú kapacitu aktívneho uhlia, zatiaľ čo chemické vlastnosti povrchu ovplyvňujú interakciu medzi aktívnym uhlím a adsorbátom. Nakoniec sa zistilo, že kyslá modifikácia aktívneho uhlia môže nielen upraviť štruktúru pórov vo vnútri aktívneho uhlia a vyčistiť upchaté póry, ale tiež zvýšiť obsah kyslých skupín na povrchu materiálu a zlepšiť polaritu a hydrofilnosť povrchu. Adsorpčná kapacita EDTA modifikovaného aktívnym uhlím HCl sa zvýšila o 49,5 % v porovnaní s kapacitou pred modifikáciou, čo bolo lepšie ako pri modifikácii HNO3.
Modifikované komerčné aktívne uhlie s HNO3 a H2O2! Špecifické povrchy po modifikácii boli 91,3 % a 80,8 % oproti povrchom pred modifikáciou. Na povrch boli pridané nové funkčné skupiny obsahujúce kyslík, ako napríklad karboxyl, karbonyl a fenol. Adsorpčná kapacita nitrobenzénu modifikáciou HNO3 bola najlepšia, a to 3,3-krát viac ako pred modifikáciou. Zistilo sa, že zvýšenie obsahu funkčných skupín obsahujúcich kyslík v aktívnom uhlí po kyslej modifikácii viedlo k zvýšeniu počtu povrchovo aktívnych bodov, čo malo priamy vplyv na zlepšenie adsorpčnej kapacity cieľového adsorbátu.
V porovnaní s anorganickými kyselinami existuje len málo správ o modifikácii aktívneho uhlia organickými kyselinami. Porovnajte vplyv modifikácie organickými kyselinami na vlastnosti pórovej štruktúry aktívneho uhlia a adsorpciu metanolu. Po modifikácii sa špecifický povrch a celkový objem pórov aktívneho uhlia znížili. Čím silnejšia bola kyslosť, tým väčší bol pokles. Po modifikácii kyselinou šťaveľovou, kyselinou vínnou a kyselinou citrónovou sa špecifický povrch aktívneho uhlia znížil z 898,59 m2·g-1 na 788,03 m2·g-1, 685,16 m2·g-1 a 622,98 m2·g-1. Mikroporozita aktívneho uhlia sa však po modifikácii zvýšila. Mikroporozita aktívneho uhlia modifikovaného kyselinou citrónovou sa zvýšila zo 75,9 % na 81,5 %.
Modifikácia kyselinou šťaveľovou a kyselinou vínnou je prospešná pre adsorpciu metanolu, zatiaľ čo kyselina citrónová má inhibičný účinok. J. Paul Chen a kol. [35] však zistili, že aktívne uhlie modifikované kyselinou citrónovou môže zvýšiť adsorpciu iónov medi. Lin Tang a kol. [36] modifikovali komerčné aktívne uhlie kyselinou mravčou, kyselinou šťaveľovou a kyselinou aminosulfónovou. Po modifikácii sa znížil špecifický povrch a objem pórov. Na povrchu hotového produktu sa vytvorili funkčné skupiny obsahujúce kyslík, ako napríklad 0-HC-0, C-0 a S=0, a objavili sa nerovnomerne leptané kanáliky a biele kryštály. Výrazne sa zvýšila aj rovnovážna adsorpčná kapacita acetónu a izopropanolu.
Technológia modifikácie alkalických roztokov
Niektorí vedci tiež použili alkalický roztok na vykonanie sekundárnej aktivácie aktívneho uhlia. Domáce aktívne uhlie na báze uhlia impregnovali roztokom NaOH s rôznymi koncentráciami na kontrolu štruktúry pórov. Výsledky ukázali, že nižšia koncentrácia alkálií prispievala k zväčšeniu a expanzii pórov. Najlepší účinok sa dosiahol pri hmotnostnej koncentrácii 20 %. Aktívne uhlie malo najvyšší špecifický povrch (681 m²·g-1) a objem pórov (0,5916 cm³·g-1). Keď hmotnostná koncentrácia NaOH prekročí 20 %, štruktúra pórov aktívneho uhlia sa naruší a parametre štruktúry pórov sa začnú znižovať. Je to preto, že vysoká koncentrácia roztoku NaOH koroduje uhlíkovú kostru a veľké množstvo pórov sa zrúti.
Príprava vysokoúčinného aktívneho uhlia miešaním polymérov. Prekurzormi boli furfuralová živica a furfurylalkohol a etylénglykol ako pórotvorné činidlo. Štruktúra pórov sa regulovala úpravou obsahu troch polymérov a získal sa porézny materiál s veľkosťou pórov medzi 0,008 a 5 μm. Niektorí vedci dokázali, že polyuretánimidový film (PUI) sa môže karbonizovať za účelom získania uhlíkového filmu a štruktúra pórov sa dá regulovať zmenou molekulárnej štruktúry polyuretánového (PU) prepolyméru [41]. Keď sa PUI zahreje na 200 °C, vytvorí sa PU a polyimid (PI). Keď teplota tepelného spracovania stúpne na 400 °C, pyrolýza PU produkuje plyn, čo vedie k tvorbe pórovitej štruktúry na PI filme. Po karbonizácii sa získa uhlíkový film. Okrem toho môže metóda miešania polymérov do určitej miery zlepšiť aj niektoré fyzikálne a mechanické vlastnosti materiálu.
Technológia regulácie katalytickej aktivácie
Technológia katalytickej aktivačnej regulácie je v skutočnosti kombináciou chemickej aktivačnej metódy a metódy aktivácie plynom pri vysokej teplote. Chemické látky sa vo všeobecnosti pridávajú do surovín ako katalyzátory a katalyzátory sa používajú na podporu procesu karbonizácie alebo aktivácie na získanie poréznych uhlíkových materiálov. Vo všeobecnosti majú kovy katalytické účinky, ale tieto účinky sa líšia.
V skutočnosti zvyčajne neexistuje žiadna zjavná hranica medzi reguláciou chemickej aktivácie a reguláciou katalytickej aktivácie pórovitých materiálov. Je to preto, že obe metódy pridávajú činidlá počas procesu karbonizácie a aktivácie. Špecifická úloha týchto činidiel určuje, či metóda patrí do kategórie katalytickej aktivácie.
Samotná štruktúra pórovitého uhlíkového materiálu, fyzikálne a chemické vlastnosti katalyzátora, podmienky katalytickej reakcie a metóda nanášania katalyzátora môžu mať rôzny stupeň vplyvu na regulačný účinok. Použitím bitúmenového uhlia ako suroviny, Mn(N03)2 a Cu(N03)2 ako katalyzátorov je možné pripraviť pórovité materiály obsahujúce oxidy kovov. Vhodné množstvo oxidov kovov môže zlepšiť pórovitosť a objem pórov, ale katalytické účinky rôznych kovov sa mierne líšia. Cu(N03)2 môže podporovať vývoj pórov v rozsahu 1,5 až 2,0 nm. Okrem toho oxidy kovov a anorganické soli obsiahnuté v popole suroviny zohrávajú katalytickú úlohu v aktivačnom procese. Xie Qiang a kol. [42] sa domnievali, že katalytická aktivačná reakcia prvkov, ako je vápnik a železo, v anorganickej hmote môže podporovať vývoj pórov. Keď je obsah týchto dvoch prvkov príliš vysoký, podiel stredných a veľkých pórov v produkte sa výrazne zvyšuje.
Záver
Hoci aktívne uhlie ako najpoužívanejší zelený pórovitý uhlíkový materiál zohráva dôležitú úlohu v priemysle a živote, stále má veľký potenciál na zlepšenie v oblasti rozširovania surovín, znižovania nákladov, zlepšovania kvality, zlepšovania spotreby energie, predĺženia životnosti a zlepšovania pevnosti. Hľadanie vysokokvalitných a lacných surovín z aktívneho uhlia, vývoj čistej a efektívnej technológie výroby aktívneho uhlia a optimalizácia a regulácia pórovitej štruktúry aktívneho uhlia podľa rôznych oblastí použitia budú dôležitým smerom pre zlepšenie kvality produktov s aktívnym uhlím a podporu vysokokvalitného rozvoja priemyslu s aktívnym uhlím.
Čas uverejnenia: 27. augusta 2024