การเพิ่มประสิทธิภาพของโครงสร้างรูพรุนคาร์บอนที่มีรูพรุน-Ⅰ

ยินดีต้อนรับเข้าสู่เว็บไซต์ของเราเพื่อข้อมูลผลิตภัณฑ์และการให้คำปรึกษา

เว็บไซต์ของเรา:https://www.vet-china.com/

 

เอกสารนี้จะวิเคราะห์ตลาดคาร์บอนกัมมันต์ในปัจจุบัน ดำเนินการวิเคราะห์วัตถุดิบของคาร์บอนกัมมันต์อย่างละเอียด แนะนำวิธีการระบุลักษณะโครงสร้างรูพรุน วิธีการผลิต ปัจจัยที่มีอิทธิพล และความคืบหน้าของการประยุกต์ใช้คาร์บอนกัมมันต์ และทบทวนผลการวิจัยของเทคโนโลยีการเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างรูพรุนของคาร์บอนกัมมันต์ โดยมุ่งหวังที่จะส่งเสริมให้คาร์บอนกัมมันต์มีบทบาทมากขึ้นในการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีสีเขียวและคาร์บอนต่ำ

 

การเตรียมคาร์บอนกัมมันต์

โดยทั่วไปแล้ว การเตรียมคาร์บอนกัมมันต์จะแบ่งออกเป็น 2 ขั้นตอน ได้แก่ การคาร์บอไนเซชันและการกระตุ้น

 

กระบวนการคาร์บอไนเซชัน

การทำให้เป็นคาร์บอนหมายถึงกระบวนการให้ความร้อนถ่านหินดิบที่อุณหภูมิสูงภายใต้การปกป้องของก๊าซเฉื่อยเพื่อสลายสารระเหยและได้ผลิตภัณฑ์ที่เป็นคาร์บอนระหว่างกระบวนการ การทำให้เป็นคาร์บอนสามารถบรรลุเป้าหมายที่คาดหวังได้โดยการปรับพารามิเตอร์ของกระบวนการ การศึกษาวิจัยแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิในการกระตุ้นเป็นพารามิเตอร์กระบวนการหลักที่ส่งผลต่อคุณสมบัติของการทำให้เป็นคาร์บอน Jie Qiang และคณะได้ศึกษาผลกระทบของอัตราการให้ความร้อนด้วยการทำให้เป็นคาร์บอนต่อประสิทธิภาพของคาร์บอนที่ถูกกระตุ้นในเตาเผาแบบปิด และพบว่าอัตราที่ต่ำกว่าช่วยปรับปรุงผลผลิตของวัสดุที่เป็นคาร์บอนและผลิตวัสดุที่มีคุณภาพสูงได้

 

ขั้นตอนการเปิดใช้งาน

การทำให้เป็นคาร์บอนสามารถทำให้วัตถุดิบมีโครงสร้างผลึกขนาดเล็กคล้ายกับกราไฟต์และสร้างโครงสร้างรูพรุนหลัก อย่างไรก็ตาม รูพรุนเหล่านี้จะถูกรบกวนหรือถูกปิดกั้นและปิดโดยสารอื่น ส่งผลให้พื้นผิวเฉพาะมีขนาดเล็กและต้องมีการกระตุ้นเพิ่มเติม การกระตุ้นคือกระบวนการเพิ่มความสมบูรณ์ให้กับโครงสร้างรูพรุนของผลิตภัณฑ์ที่ถูกทำให้เป็นคาร์บอน ซึ่งส่วนใหญ่ดำเนินการผ่านปฏิกิริยาเคมีระหว่างตัวกระตุ้นและวัตถุดิบ ซึ่งสามารถส่งเสริมการก่อตัวของโครงสร้างผลึกขนาดเล็กที่มีรูพรุนได้

การกระตุ้นส่วนใหญ่เกิดขึ้นผ่านสามขั้นตอนในกระบวนการเพิ่มปริมาณรูพรุนของวัสดุ:
(1) การเปิดรูพรุนที่ปิดเดิม (ผ่านรูพรุน);
(2) การขยายรูพรุนเดิม (pore expansion) ;
(3) การสร้างรูพรุนใหม่ (pore creation);

ผลกระทบทั้งสามประการนี้ไม่ได้เกิดขึ้นเพียงลำพัง แต่เกิดขึ้นพร้อมกันและทำงานร่วมกัน โดยทั่วไปแล้ว รูพรุนและการสร้างรูพรุนจะช่วยเพิ่มจำนวนรูพรุน โดยเฉพาะรูพรุนขนาดเล็ก ซึ่งมีประโยชน์ในการเตรียมวัสดุที่มีรูพรุนที่มีรูพรุนสูงและพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ ในขณะที่การขยายตัวของรูพรุนที่มากเกินไปจะทำให้รูพรุนรวมตัวและเชื่อมต่อกัน ทำให้รูพรุนขนาดเล็กกลายเป็นรูพรุนที่ใหญ่ขึ้น ดังนั้น เพื่อให้ได้วัสดุคาร์บอนกัมมันต์ที่มีรูพรุนที่พัฒนาขึ้นและพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ จึงจำเป็นต้องหลีกเลี่ยงการกระตุ้นมากเกินไป วิธีการกระตุ้นด้วยคาร์บอนกัมมันต์ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ วิธีทางเคมี วิธีทางกายภาพ และวิธีฟิสิกเคมี

 

วิธีการกระตุ้นทางเคมี

วิธีการกระตุ้นด้วยสารเคมีหมายถึงวิธีการเติมสารเคมีลงในวัตถุดิบ จากนั้นจึงให้ความร้อนแก่วัตถุดิบโดยการนำก๊าซป้องกัน เช่น N2 และ Ar เข้าไปในเตาเผาความร้อนเพื่อทำให้คาร์บอนและกระตุ้นวัตถุดิบในเวลาเดียวกัน โดยทั่วไปแล้ว ตัวกระตุ้นที่ใช้ ได้แก่ NaOH, KOH และ H3P04 วิธีการกระตุ้นด้วยสารเคมีมีข้อดีคืออุณหภูมิการกระตุ้นต่ำและผลผลิตสูง แต่ก็มีปัญหา เช่น การกัดกร่อนในปริมาณมาก ยากต่อการกำจัดสารเคมีบนพื้นผิว และมลพิษทางสิ่งแวดล้อมที่ร้ายแรง

 

วิธีการเปิดใช้งานทางกายภาพ

วิธีการกระตุ้นทางกายภาพหมายถึงการทำให้วัตถุดิบเป็นคาร์บอนโดยตรงในเตาเผา จากนั้นทำปฏิกิริยากับก๊าซ เช่น CO2 และ H20 ที่นำเข้าที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการเพิ่มรูพรุนและขยายรูพรุน แต่วิธีการกระตุ้นทางกายภาพนั้นควบคุมโครงสร้างรูพรุนได้ไม่ดี ในจำนวนนั้น CO2 ถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการเตรียมคาร์บอนกัมมันต์เนื่องจากสะอาด หาได้ง่าย และมีต้นทุนต่ำ ใช้กะลามะพร้าวที่เผาเป็นคาร์บอนเป็นวัตถุดิบและกระตุ้นด้วย CO2 เพื่อเตรียมคาร์บอนกัมมันต์ที่มีรูพรุนขนาดเล็กที่พัฒนาขึ้น โดยมีพื้นที่ผิวจำเพาะและปริมาตรรูพรุนรวม 1653m2·g-1 และ 0.1045cm3·g-1 ตามลำดับ ประสิทธิภาพถึงมาตรฐานการใช้งานของคาร์บอนกัมมันต์สำหรับตัวเก็บประจุแบบสองชั้น

กระตุ้นหินลูกพลับด้วย CO2 เพื่อเตรียมคาร์บอนกัมมันต์ขั้นสูง หลังจากกระตุ้นที่อุณหภูมิ 1100℃ เป็นเวลา 30 นาที พื้นที่ผิวจำเพาะและปริมาตรรูพรุนรวมจะสูงถึง 3500m2·g-1 และ 1.84cm3·g-1 ตามลำดับ ใช้ CO2 เพื่อทำการกระตุ้นรองบนคาร์บอนกัมมันต์เปลือกมะพร้าวเชิงพาณิชย์ หลังจากกระตุ้นแล้ว รูพรุนขนาดเล็กของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปจะแคบลง ปริมาตรรูพรุนขนาดเล็กเพิ่มขึ้นจาก 0.21 cm3·g-1 เป็น 0.27 cm3·g-1 พื้นที่ผิวจำเพาะเพิ่มขึ้นจาก 627.22 m2·g-1 เป็น 822.71 m2·g-1 และความสามารถในการดูดซับฟีนอลเพิ่มขึ้น 23.77%

นักวิชาการคนอื่นๆ ได้ศึกษาปัจจัยควบคุมหลักของกระบวนการกระตุ้น CO2 Mohammad et al. [21] พบว่าอุณหภูมิเป็นปัจจัยที่มีอิทธิพลหลักเมื่อใช้ CO2 เพื่อกระตุ้นขี้เลื่อยยาง พื้นที่ผิวจำเพาะ ปริมาตรรูพรุน และไมโครพรอมิสชันของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปจะเพิ่มขึ้นก่อนแล้วจึงลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น Cheng Song et al. [22] ใช้ระเบียบวิธีพื้นผิวตอบสนองเพื่อวิเคราะห์กระบวนการกระตุ้น CO2 ของเปลือกมะคาเดเมีย ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิในการกระตุ้นและเวลาในการกระตุ้นมีอิทธิพลสูงสุดต่อการพัฒนาไมโครพรอมิสชันของคาร์บอนกัมมันต์