การปรับโครงสร้างรูพรุนของคาร์บอนพรุนให้เหมาะสมที่สุด - Ⅰ

ยินดีต้อนรับสู่เว็บไซต์ของเราสำหรับข้อมูลผลิตภัณฑ์และการให้คำปรึกษา

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

 

บทความนี้วิเคราะห์ตลาดถ่านกัมมันต์ในปัจจุบัน ดำเนินการวิเคราะห์เชิงลึกเกี่ยวกับวัตถุดิบของถ่านกัมมันต์ แนะนำวิธีการกำหนดลักษณะโครงสร้างรูพรุน วิธีการผลิต ปัจจัยที่มีอิทธิพล และความก้าวหน้าในการประยุกต์ใช้ถ่านกัมมันต์ และทบทวนผลการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการเพิ่มประสิทธิภาพโครงสร้างรูพรุนของถ่านกัมมันต์ โดยมีเป้าหมายเพื่อส่งเสริมให้ถ่านกัมมันต์มีบทบาทมากขึ้นในการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและลดคาร์บอน

 

การเตรียมถ่านกัมมันต์

โดยทั่วไป การเตรียมถ่านกัมมันต์แบ่งออกเป็นสองขั้นตอน คือ การเผาไหม้และการกระตุ้น

 

กระบวนการคาร์บอนไนเซชัน

การคาร์บอนไนเซชันหมายถึงกระบวนการให้ความร้อนแก่ถ่านหินดิบที่อุณหภูมิสูงภายใต้การปกป้องของก๊าซเฉื่อย เพื่อสลายสารระเหยและได้ผลิตภัณฑ์คาร์บอนไนซ์ขั้นกลาง การคาร์บอนไนเซชันสามารถบรรลุเป้าหมายที่คาดหวังได้โดยการปรับพารามิเตอร์ของกระบวนการ การศึกษาต่างๆ แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิการกระตุ้นเป็นพารามิเตอร์กระบวนการที่สำคัญซึ่งส่งผลต่อคุณสมบัติของการคาร์บอนไนเซชัน Jie Qiang และคณะได้ศึกษาผลของอัตราการให้ความร้อนในการคาร์บอนไนเซชันต่อประสิทธิภาพของถ่านกัมมันต์ในเตาเผาแบบมัฟเฟิล และพบว่าอัตราที่ต่ำกว่าช่วยเพิ่มผลผลิตของวัสดุคาร์บอนไนซ์และผลิตวัสดุคุณภาพสูงได้

 

กระบวนการเปิดใช้งาน

กระบวนการคาร์บอนไนเซชันสามารถทำให้วัตถุดิบเกิดโครงสร้างจุลผลึกคล้ายกราไฟต์และสร้างโครงสร้างรูพรุนขั้นต้นได้ อย่างไรก็ตาม รูพรุนเหล่านี้อาจไม่เป็นระเบียบหรือถูกปิดกั้นโดยสารอื่น ๆ ส่งผลให้มีพื้นที่ผิวจำเพาะน้อยและจำเป็นต้องมีการกระตุ้นเพิ่มเติม การกระตุ้นคือกระบวนการเพิ่มความหนาแน่นของโครงสร้างรูพรุนในผลิตภัณฑ์ที่ผ่านกระบวนการคาร์บอนไนเซชัน ซึ่งส่วนใหญ่ดำเนินการผ่านปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารกระตุ้นและวัตถุดิบ: ซึ่งสามารถส่งเสริมการก่อตัวของโครงสร้างจุลผลึกที่มีรูพรุนได้

กระบวนการกระตุ้นการทำงานหลักๆ ของการเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ให้กับรูพรุนของวัสดุนั้น ประกอบด้วย 3 ขั้นตอน ได้แก่:
(1) การเปิดรูพรุนที่ปิดอยู่เดิม (ผ่านรูพรุน)
(2) การขยายรูพรุนเดิม (การขยายรูพรุน)
(3) การสร้างรูพรุนใหม่ (การสร้างรูพรุน)

ผลกระทบทั้งสามประการนี้ไม่ได้เกิดขึ้นแยกกัน แต่เกิดขึ้นพร้อมกันและเสริมฤทธิ์กัน โดยทั่วไปแล้ว การเกิดรูพรุนและการสร้างรูพรุนใหม่จะช่วยเพิ่มจำนวนรูพรุน โดยเฉพาะรูพรุนขนาดเล็ก ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อการเตรียมวัสดุที่มีรูพรุนสูงและพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ ในขณะที่การขยายรูพรุนมากเกินไปจะทำให้รูพรุนรวมตัวและเชื่อมต่อกัน เปลี่ยนรูพรุนขนาดเล็กให้กลายเป็นรูพรุนขนาดใหญ่ ดังนั้น เพื่อให้ได้วัสดุถ่านกัมมันต์ที่มีรูพรุนพัฒนาแล้วและพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ จึงจำเป็นต้องหลีกเลี่ยงการกระตุ้นมากเกินไป วิธีการกระตุ้นถ่านกัมมันต์ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ วิธีทางเคมี วิธีทางกายภาพ และวิธีทางเคมีกายภาพ

 

วิธีการกระตุ้นทางเคมี

วิธีการกระตุ้นทางเคมีหมายถึงวิธีการเติมสารเคมีลงในวัตถุดิบ แล้วให้ความร้อนโดยการเติมก๊าซป้องกัน เช่น N2 และ Ar ในเตาเผา เพื่อให้เกิดการเผาไหม้และกระตุ้นวัตถุดิบไปพร้อมกัน สารกระตุ้นที่ใช้กันทั่วไปมักจะเป็น NaOH, KOH และ H3PO4 วิธีการกระตุ้นทางเคมีมีข้อดีคืออุณหภูมิในการกระตุ้นต่ำและให้ผลผลิตสูง แต่ก็มีปัญหา เช่น การกัดกร่อนสูง การกำจัดสารเคมีบนพื้นผิวทำได้ยาก และก่อให้เกิดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมอย่างรุนแรง

 

วิธีการกระตุ้นทางกายภาพ

วิธีการกระตุ้นทางกายภาพหมายถึงการเผาไหม้วัตถุดิบโดยตรงในเตาเผา แล้วทำปฏิกิริยากับก๊าซ เช่น CO2 และ H2O ที่อุณหภูมิสูง เพื่อเพิ่มและขยายรูพรุน แต่การกระตุ้นทางกายภาพมีข้อจำกัดในการควบคุมโครงสร้างรูพรุน ในบรรดาก๊าซต่างๆ CO2 ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการเตรียมถ่านกัมมันต์ เนื่องจากสะอาด หาได้ง่าย และต้นทุนต่ำ โดยใช้กะลามะพร้าวที่ผ่านการเผาไหม้เป็นวัตถุดิบและกระตุ้นด้วย CO2 เพื่อเตรียมถ่านกัมมันต์ที่มีรูพรุนขนาดเล็กพัฒนาแล้ว โดยมีพื้นที่ผิวจำเพาะและปริมาตรของรูพรุนทั้งหมดเท่ากับ 1653 m2·g-1 และ 0.1045 cm3·g-1 ตามลำดับ ซึ่งมีประสิทธิภาพตรงตามมาตรฐานการใช้งานของถ่านกัมมันต์สำหรับตัวเก็บประจุแบบสองชั้น

นำเมล็ดลูกพลับมากระตุ้นด้วย CO2 เพื่อเตรียมถ่านกัมมันต์ประสิทธิภาพสูง หลังจากกระตุ้นที่อุณหภูมิ 1100℃ เป็นเวลา 30 นาที พื้นที่ผิวจำเพาะและปริมาตรของรูพรุนรวมเพิ่มขึ้นเป็น 3500 m2·g-1 และ 1.84 cm3·g-1 ตามลำดับ ใช้ CO2 ในการกระตุ้นครั้งที่สองกับถ่านกัมมันต์จากกะลามะพร้าวเชิงพาณิชย์ หลังจากกระตุ้นแล้ว รูพรุนขนาดเล็กของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปแคบลง ปริมาตรของรูพรุนขนาดเล็กเพิ่มขึ้นจาก 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 ได้ศึกษาปัจจัยควบคุมหลักของกระบวนการกระตุ้นด้วย CO2 Mohammad et al. [21] พบว่าอุณหภูมิเป็นปัจจัยหลักที่มีอิทธิพลเมื่อใช้ CO2 ในการกระตุ้นขี้เลื่อยยาง พื้นที่ผิวจำเพาะ ปริมาตรรูพรุน และไมโครพอโรซิตี้ของผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปจะเพิ่มขึ้นก่อนแล้วจึงลดลงเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น Cheng Song et al. [22] ใช้ระเบียบวิธีพื้นผิวตอบสนองเพื่อวิเคราะห์กระบวนการกระตุ้นด้วย CO2 ของเปลือกถั่วแมคคาเดเมีย ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าอุณหภูมิและเวลาการกระตุ้นมีอิทธิพลมากที่สุดต่อการพัฒนาไมโครพอโรของถ่านกัมมันต์