Ürün bilgisi ve danışmanlık için web sitemize hoş geldiniz.
Web sitemiz:https://www.vet-china.com/
Fiziksel ve kimyasal aktivasyon yöntemi
Fiziksel ve kimyasal aktivasyon yöntemi, yukarıdaki iki aktivasyon yönteminin birleştirilmesiyle gözenekli malzemelerin hazırlanması yöntemini ifade eder. Genellikle önce kimyasal aktivasyon, ardından fiziksel aktivasyon gerçekleştirilir. İlk olarak selüloz, 85℃'de 2 saat boyunca %68~%85'lik H3PO4 çözeltisine batırılır, daha sonra bir fırında 4 saat boyunca karbonlaştırılır ve ardından CO2 ile aktive edilir. Elde edilen aktif karbonun özgül yüzey alanı 3700 m2·g-1 kadar yüksektir. Hammadde olarak sisal lifi kullanılarak, H3PO4 aktivasyonu ile elde edilen aktif karbon lifi (ACF) bir kez aktive edildikten sonra N2 koruması altında 830℃'ye ısıtılır ve ardından ikincil aktivasyon için su buharı aktivatör olarak kullanılır. 60 dakika aktivasyondan sonra elde edilen ACF'nin özgül yüzey alanı önemli ölçüde iyileştirilmiştir.
Aktifleştirilmiş malzemenin gözenek yapısı performansının karakterizasyonukarbon
Tablo 2'de yaygın olarak kullanılan aktif karbon performans karakterizasyon yöntemleri ve uygulama yönleri gösterilmektedir. Malzemenin gözenek yapısı özellikleri iki açıdan test edilebilir: veri analizi ve görüntü analizi.
Aktif karbonun gözenek yapısı optimizasyon teknolojisindeki araştırma gelişmeleri
Aktif karbon, zengin gözenekleri ve geniş özgül yüzey alanı sayesinde birçok alanda mükemmel performans göstermektedir. Bununla birlikte, geniş hammadde seçiciliği ve karmaşık hazırlama koşulları nedeniyle, nihai ürünler genellikle düzensiz gözenek yapısı, farklı özgül yüzey alanı, düzensiz gözenek boyutu dağılımı ve sınırlı yüzey kimyasal özellikleri gibi dezavantajlara sahiptir. Bu nedenle, uygulama sürecinde yüksek dozaj ve dar uyarlanabilirlik gibi dezavantajlar ortaya çıkmakta ve pazar gereksinimlerini karşılayamamaktadır. Bu nedenle, yapısını optimize etmek ve düzenlemek ve kapsamlı kullanım performansını iyileştirmek büyük pratik önem taşımaktadır. Gözenek yapısını optimize etmek ve düzenlemek için yaygın olarak kullanılan yöntemler arasında kimyasal düzenleme, polimer karıştırma ve katalitik aktivasyon düzenlemesi yer almaktadır.
Kimyasal düzenleme teknolojisi
Kimyasal düzenleme teknolojisi, kimyasal reaktiflerle aktivasyondan sonra elde edilen gözenekli malzemelerin ikincil aktivasyonu (modifikasyonu) sürecini ifade eder; bu süreçte orijinal gözenekler aşındırılır, mikrogözenekler genişletilir veya malzemenin özgül yüzey alanını ve gözenek yapısını artırmak için yeni mikrogözenekler oluşturulur. Genel olarak, bir aktivasyonun nihai ürünü, gözenek yapısını düzenlemek ve özgül yüzey alanını artırmak için genellikle 0,5 ila 4 kat kimyasal çözeltiye daldırılır. İkincil aktivasyon için reaktif olarak her türlü asit ve alkali çözelti kullanılabilir.
Asit yüzey oksidasyon modifikasyon teknolojisi
Asit yüzey oksidasyon modifikasyonu yaygın olarak kullanılan bir düzenleme yöntemidir. Uygun bir sıcaklıkta, asit oksitleyiciler aktif karbonun içindeki gözenekleri zenginleştirebilir, gözenek boyutunu iyileştirebilir ve tıkanmış gözenekleri açabilir. Şu anda, yerli ve yabancı araştırmalar esas olarak inorganik asitlerin modifikasyonuna odaklanmaktadır. HN03 yaygın olarak kullanılan bir oksitleyicidir ve birçok bilim insanı aktif karbonu modifiye etmek için HN03 kullanmaktadır. Tong Li ve ark. [28], HN03'ün aktif karbonun yüzeyindeki oksijen içeren ve azot içeren fonksiyonel grupların içeriğini artırabileceğini ve cıvanın adsorpsiyon etkisini iyileştirebileceğini bulmuştur.
Aktif karbonun HNO3 ile modifiye edilmesinden sonra, modifikasyon sonrasında aktif karbonun özgül yüzey alanı 652 m2·g-1'den 241 m2·g-1'e düşmüş, ortalama gözenek boyutu 1,27 nm'den 1,641 nm'ye yükselmiş ve simüle edilmiş benzindeki benzofenonun adsorpsiyon kapasitesi %33,7 artmıştır. Odun aktif karbonu sırasıyla %10 ve %70 hacim konsantrasyonunda HNO3 ile modifiye edilmiştir. Sonuçlar, %10 HNO3 ile modifiye edilmiş aktif karbonun özgül yüzey alanının 925,45 m2·g-1'den 960,52 m2·g-1'e yükseldiğini; %70 HNO3 ile modifikasyondan sonra ise özgül yüzey alanının 935,89 m2·g-1'e düştüğünü göstermektedir. İki farklı konsantrasyonda HNO3 ile modifiye edilmiş aktif karbon tarafından Cu2+'nin uzaklaştırılma oranları sırasıyla %70 ve %90'ın üzerinde olmuştur.
Adsorpsiyon alanında kullanılan aktif karbon için adsorpsiyon etkisi sadece gözenek yapısına değil, aynı zamanda adsorbanın yüzey kimyasal özelliklerine de bağlıdır. Gözenek yapısı, aktif karbonun özgül yüzey alanını ve adsorpsiyon kapasitesini belirlerken, yüzey kimyasal özellikleri aktif karbon ile adsorbat arasındaki etkileşimi etkiler. Son olarak, aktif karbonun asit modifikasyonunun sadece aktif karbonun içindeki gözenek yapısını düzenlemek ve tıkanmış gözenekleri açmakla kalmayıp, aynı zamanda malzemenin yüzeyindeki asidik grupların içeriğini artırarak yüzeyin polaritesini ve hidrofilikliğini de artırdığı bulunmuştur. HCl ile modifiye edilmiş aktif karbonun EDTA adsorpsiyon kapasitesi, modifikasyondan önceki duruma kıyasla %49,5 artmıştır ve bu, HNO3 modifikasyonundan daha iyi bir sonuçtur.
HNO3 ve H2O2 ile modifiye edilmiş ticari aktif karbon! Modifikasyondan sonraki özgül yüzey alanları, modifikasyondan öncekilere kıyasla sırasıyla %91,3 ve %80,8 oranında artmıştır. Yüzeye karboksil, karbonil ve fenol gibi yeni oksijen içeren fonksiyonel gruplar eklenmiştir. HNO3 modifikasyonu ile nitrobenzenin adsorpsiyon kapasitesi en iyi seviyede olup, modifikasyondan önceki değerin 3,3 katıdır. Asit modifikasyonundan sonra aktif karbondaki oksijen içeren fonksiyonel grupların içeriğindeki artışın, yüzey aktif noktalarının sayısında artışa yol açtığı ve bunun da hedef adsorbatın adsorpsiyon kapasitesini doğrudan etkilediği bulunmuştur.
İnorganik asitlerle karşılaştırıldığında, aktif karbonun organik asit modifikasyonu hakkında az sayıda rapor bulunmaktadır. Organik asit modifikasyonunun aktif karbonun gözenek yapısı özellikleri ve metanol adsorpsiyonu üzerindeki etkilerini karşılaştırın. Modifikasyondan sonra, aktif karbonun özgül yüzey alanı ve toplam gözenek hacmi azalmıştır. Asitlik ne kadar güçlü olursa, azalma o kadar büyük olur. Oksalik asit, tartarik asit ve sitrik asit ile modifikasyondan sonra, aktif karbonun özgül yüzey alanı sırasıyla 898,59 m2·g-1'den 788,03 m2·g-1, 685,16 m2·g-1 ve 622,98 m2·g-1'e düşmüştür. Bununla birlikte, modifikasyondan sonra aktif karbonun mikrogözenekliliği artmıştır. Sitrik asit ile modifiye edilmiş aktif karbonun mikrogözenekliliği %75,9'dan %81,5'e yükselmiştir.
Oksalik asit ve tartarik asit modifikasyonu metanolün adsorpsiyonu için faydalıdır, sitrik asit ise engelleyici bir etkiye sahiptir. Bununla birlikte, J.Paul Chen ve ark. [35], sitrik asit ile modifiye edilmiş aktif karbonun bakır iyonlarının adsorpsiyonunu artırabileceğini bulmuştur. Lin Tang ve ark. [36], ticari aktif karbonu formik asit, oksalik asit ve aminosülfonik asit ile modifiye etmiştir. Modifikasyondan sonra, özgül yüzey alanı ve gözenek hacmi azalmıştır. Bitmiş ürünün yüzeyinde 0-HC-0, C-0 ve S=0 gibi oksijen içeren fonksiyonel gruplar oluşmuş ve düzensiz aşındırılmış kanallar ve beyaz kristaller ortaya çıkmıştır. Aseton ve izopropanolün denge adsorpsiyon kapasitesi de önemli ölçüde artmıştır.
Alkalin çözelti modifikasyon teknolojisi
Bazı araştırmacılar, aktif karbon üzerinde ikincil aktivasyon gerçekleştirmek için alkali çözelti de kullanmıştır. Gözenek yapısını kontrol etmek için, ev yapımı kömür bazlı aktif karbon, farklı konsantrasyonlardaki Na0H çözeltisiyle emprenye edilmiştir. Sonuçlar, daha düşük alkali konsantrasyonunun gözenek artışına ve genişlemesine elverişli olduğunu göstermiştir. En iyi etki, kütle konsantrasyonu %20 olduğunda elde edilmiştir. Aktif karbon, en yüksek özgül yüzey alanına (681 m2·g-1) ve gözenek hacmine (0,5916 cm3·g-1) sahipti. Na0H'nin kütle konsantrasyonu %20'yi aştığında, aktif karbonun gözenek yapısı bozulur ve gözenek yapısı parametreleri azalmaya başlar. Bunun nedeni, yüksek konsantrasyondaki Na0H çözeltisinin karbon iskeletini aşındırması ve çok sayıda gözenek çökmesidir.
Polimer karıştırma yöntemiyle yüksek performanslı aktif karbon hazırlanması. Ön maddeler furfural reçine ve furfuril alkol, gözenek oluşturucu madde ise etilen glikol idi. Gözenek yapısı, üç polimerin içeriği ayarlanarak kontrol edildi ve 0,008 ile 5 μm arasında gözenek boyutuna sahip gözenekli bir malzeme elde edildi. Bazı araştırmacılar, poliüretan-imid filmin (PUI) karbonize edilerek karbon film elde edilebileceğini ve gözenek yapısının poliüretan (PU) ön polimerinin moleküler yapısının değiştirilmesiyle kontrol edilebileceğini kanıtlamıştır [41]. PUI 200°C'ye ısıtıldığında, PU ve poliimid (PI) oluşacaktır. Isıl işlem sıcaklığı 400°C'ye yükseltildiğinde, PU pirolizi gaz üretir ve bu da PI film üzerinde gözenekli bir yapının oluşmasına neden olur. Karbonizasyondan sonra bir karbon film elde edilir. Ayrıca, polimer karıştırma yöntemi, malzemenin bazı fiziksel ve mekanik özelliklerini de belirli bir ölçüde iyileştirebilir.
Katalitik aktivasyon düzenleme teknolojisi
Katalitik aktivasyon düzenleme teknolojisi aslında kimyasal aktivasyon yöntemi ve yüksek sıcaklıkta gaz aktivasyon yönteminin birleşimidir. Genellikle, kimyasal maddeler katalizör olarak ham maddelere eklenir ve katalizörler, gözenekli karbon malzemeleri elde etmek için karbonizasyon veya aktivasyon sürecine yardımcı olmak için kullanılır. Genel olarak, metallerin katalitik etkileri vardır, ancak katalitik etkiler değişkenlik gösterir.
Aslında, gözenekli malzemelerin kimyasal aktivasyon düzenlemesi ile katalitik aktivasyon düzenlemesi arasında genellikle belirgin bir sınır yoktur. Bunun nedeni, her iki yöntemin de karbonizasyon ve aktivasyon işlemi sırasında reaktifler eklemesidir. Bu reaktiflerin özel rolü, yöntemin katalitik aktivasyon kategorisine girip girmediğini belirler.
Gözenekli karbon malzemenin yapısı, katalizörün fiziksel ve kimyasal özellikleri, katalitik reaksiyon koşulları ve katalizör yükleme yöntemi, düzenleme etkisi üzerinde farklı derecelerde etkiye sahip olabilir. Ham madde olarak bitümlü kömür kullanılarak, Mn(NO3)2 ve Cu(NO3)2 katalizörleri ile metal oksit içeren gözenekli malzemeler hazırlanabilir. Uygun miktarda metal oksit, gözenekliliği ve gözenek hacmini artırabilir, ancak farklı metallerin katalitik etkileri biraz farklıdır. Cu(NO3)2, 1,5~2,0 nm aralığında gözeneklerin gelişimini teşvik edebilir. Ayrıca, ham madde külünde bulunan metal oksitler ve inorganik tuzlar da aktivasyon sürecinde katalitik bir rol oynayacaktır. Xie Qiang ve ark. [42], inorganik maddedeki kalsiyum ve demir gibi elementlerin katalitik aktivasyon reaksiyonunun gözeneklerin gelişimini teşvik edebileceğine inanmaktadır. Bu iki elementin içeriği çok yüksek olduğunda, üründeki orta ve büyük gözeneklerin oranı önemli ölçüde artar.
Çözüm
En yaygın kullanılan yeşil gözenekli karbon malzeme olan aktif karbon, endüstri ve yaşamda önemli bir rol oynamış olsa da, hammadde çeşitliliğinin artırılması, maliyet düşürme, kalite iyileştirme, enerji verimliliği, kullanım ömrünün uzatılması ve mukavemetin artırılması konularında hala büyük bir geliştirme potansiyeline sahiptir. Yüksek kaliteli ve ucuz aktif karbon hammaddelerinin bulunması, temiz ve verimli aktif karbon üretim teknolojisinin geliştirilmesi ve farklı uygulama alanlarına göre aktif karbonun gözenek yapısının optimize edilmesi ve düzenlenmesi, aktif karbon ürünlerinin kalitesinin iyileştirilmesi ve aktif karbon endüstrisinin yüksek kaliteli gelişiminin teşvik edilmesi için önemli bir yön olacaktır.
Yayın tarihi: 27 Ağustos 2024