Ласкаво просимо на наш веб-сайт для отримання інформації про продукцію та консультацій.
Наш вебсайт:https://www.vet-china.com/
Метод фізичної та хімічної активації
Метод фізичної та хімічної активації стосується методу приготування пористих матеріалів шляхом поєднання двох вищезгаданих методів активації. Як правило, спочатку проводиться хімічна активація, а потім фізична. Спочатку целюлозу замочують у 68%~85% розчині H3PO4 при температурі 85℃ протягом 2 годин, потім карбонізують її в муфельній печі протягом 4 годин, а потім активують CO2. Питома площа поверхні отриманого активованого вугілля досягла 3700 м2·г-1. Спробуйте використовувати сизалеве волокно як сировину та активувати активоване вугільне волокно (ACF), отримане шляхом активації H3PO4, один раз, нагріти його до 830℃ під захистом N2, а потім використати водяну пару як активатор для вторинної активації. Питома площа поверхні ACF, отриманого після 60 хвилин активації, значно покращилася.
Характеристика структури пор активованого матеріалувуглець
Зазвичай використовувані методи характеристики активованого вугілля та напрямки застосування наведено в таблиці 2. Характеристики пористої структури матеріалу можна перевірити з двох аспектів: аналіз даних та аналіз зображень.
Прогрес досліджень технології оптимізації структури пор активованого вугілля
Хоча активоване вугілля має багаті пори та величезну питому поверхню, воно має чудові характеристики в багатьох галузях. Однак через широку селективність сировини та складні умови приготування, готові продукти, як правило, мають такі недоліки, як хаотична структура пор, різна питому поверхня, невпорядкований розподіл розмірів пор та обмежені хімічні властивості поверхні. Тому існують такі недоліки, як велике дозування та вузька адаптивність у процесі застосування, що не може задовольнити вимоги ринку. Тому має велике практичне значення оптимізація та регулювання структури та покращення її комплексної продуктивності використання. Зазвичай використовуються методи оптимізації та регулювання структури пор, включаючи хімічне регулювання, змішування полімерів та регулювання каталітичної активації.
Технологія хімічного регулювання
Технологія хімічного регулювання стосується процесу вторинної активації (модифікації) пористих матеріалів, отриманих після активації хімічними реагентами, шляхом розмивання початкових пор, розширення мікропор або подальшого створення нових мікропор для збільшення питомої площі поверхні та структури пор матеріалу. Загалом, готовий продукт однієї активації зазвичай занурюють у хімічний розчин на 0,5~4 рази для регулювання структури пор та збільшення питомої площі поверхні. Як реагенти для вторинної активації можна використовувати всілякі розчини кислот та лугів.
Технологія модифікації поверхні кислотним окисленням
Модифікація поверхневого окислення кислотою є поширеним методом регулювання. За відповідної температури кислотні окислювачі можуть збагачувати пори всередині активованого вугілля, покращувати його розмір та розчищати заблоковані пори. Наразі вітчизняні та зарубіжні дослідження в основному зосереджені на модифікації неорганічних кислот. HNO3 є поширеним окислювачем, і багато вчених використовують HNO3 для модифікації активованого вугілля. Тонг Лі та ін. [28] виявили, що HNO3 може збільшити вміст кисневмісних та азотовмісних функціональних груп на поверхні активованого вугілля та покращити адсорбційний ефект ртуті.
Після модифікації активованого вугілля HN03 питома площа поверхні активованого вугілля зменшилася з 652 м²·г-1 до 241 м²·г-1, середній розмір пор збільшився з 1,27 нм до 1,641 нм, а адсорбційна здатність бензофенону в імітованому бензині збільшилася на 33,7%. Модифікація деревного активованого вугілля 10% та 70% об'ємною концентрацією HN03 відповідно. Результати показують, що питома площа поверхні активованого вугілля, модифікованого 10% HN03, збільшилася з 925,45 м²·г-1 до 960,52 м²·г-1; після модифікації 70% HN03 питома площа поверхні зменшилася до 935,89 м²·г-1. Швидкість видалення Cu2+ активованим вугіллям, модифікованим двома концентраціями HN03, перевищувала 70% та 90% відповідно.
Для активованого вугілля, що використовується в галузі адсорбції, адсорбційний ефект залежить не лише від структури пор, але й від хімічних властивостей поверхні адсорбенту. Структура пор визначає питому площу поверхні та адсорбційну здатність активованого вугілля, тоді як хімічні властивості поверхні впливають на взаємодію між активованим вугіллям та адсорбатом. Зрештою, було виявлено, що кислотна модифікація активованого вугілля може не тільки регулювати структуру пор всередині активованого вугілля та очищати заблоковані пори, але й збільшувати вміст кислотних груп на поверхні матеріалу та покращувати полярність і гідрофільність поверхні. Адсорбційна здатність ЕДТА активованим вугіллям, модифікованим HCl, збільшилася на 49,5% порівняно з показником до модифікації, що було краще, ніж у модифікації HNO3.
Модифіковане комерційне активоване вугілля HNO3 та H2O2 відповідно! Питома площа поверхні після модифікації становила 91,3% та 80,8% від площі до модифікації відповідно. На поверхню були додані нові кисневмісні функціональні групи, такі як карбоксильна, карбонільна та фенольна. Адсорбційна здатність нітробензолу шляхом модифікації HNO3 була найкращою, що в 3,3 рази перевищувало показник до модифікації. Встановлено, що збільшення вмісту кисневмісних функціональних груп в активованому вугіллі після кислотної модифікації призвело до збільшення кількості поверхнево-активних точок, що мало прямий вплив на покращення адсорбційної здатності цільового адсорбату.
Порівняно з неорганічними кислотами, існує мало повідомлень про модифікацію активованого вугілля органічними кислотами. Порівняйте вплив модифікації органічними кислотами на властивості пористої структури активованого вугілля та адсорбцію метанолу. Після модифікації питома площа поверхні та загальний об'єм пор активованого вугілля зменшилися. Чим сильніша кислотність, тим більше зменшення. Після модифікації щавлевою кислотою, винною кислотою та лимонною кислотою питома площа поверхні активованого вугілля зменшилася з 898,59 м²·г-1 до 788,03 м²·г-1, 685,16 м²·г-1 та 622,98 м²·г-1 відповідно. Однак мікропористість активованого вугілля збільшилася після модифікації. Мікропористість активованого вугілля, модифікованого лимонною кислотою, збільшилася з 75,9% до 81,5%.
Модифікація щавлевою та винною кислотами сприяє адсорбції метанолу, тоді як лимонна кислота має інгібуючий ефект. Однак Дж. Пол Чен та ін. [35] виявили, що активоване вугілля, модифіковане лимонною кислотою, може посилити адсорбцію іонів міді. Лін Тан та ін. [36] модифікували комерційне активоване вугілля мурашиною кислотою, щавлевою кислотою та аміносульфоновою кислотою. Після модифікації питома площа поверхні та об'єм пор зменшилися. На поверхні готового продукту утворювалися кисневмісні функціональні групи, такі як 0-HC-0, C-0 та S=0, а також з'являлися нерівномірні протравлені канали та білі кристали. Рівноважна адсорбційна здатність ацетону та ізопропанолу також значно збільшилася.
Технологія модифікації лужних розчинів
Деякі вчені також використовували лужний розчин для проведення вторинної активації активованого вугілля. Просочували саморобне активоване вугілля на основі вугілля розчином NaOH різної концентрації для контролю структури пор. Результати показали, що нижча концентрація лугу сприяє збільшенню та розширенню пор. Найкращий ефект був досягнутий, коли масова концентрація становила 20%. Активоване вугілля мало найбільшу питому площу поверхні (681 м²·г-1) та об'єм пор (0,5916 см³·г-1). Коли масова концентрація NaOH перевищує 20%, пориста структура активованого вугілля руйнується, а параметри структури пор починають зменшуватися. Це пояснюється тим, що висока концентрація розчину NaOH роз'їдає вуглецевий скелет, і велика кількість пор руйнується.
Отримання високоефективного активованого вугілля шляхом змішування полімерів. Попередниками були фурфуральна смола та фурфуриловий спирт, а етиленгліколь був пороутворюючим агентом. Структура пор контролювалася шляхом регулювання вмісту трьох полімерів, і був отриманий пористий матеріал з розміром пор від 0,008 до 5 мкм. Деякі вчені довели, що поліуретан-імідна плівка (PUI) може бути карбонізована для отримання вуглецевої плівки, а структуру пор можна контролювати, змінюючи молекулярну структуру поліуретанового (PU) преполімеру [41]. При нагріванні PUI до 200°C утворюються PU та поліімід (PI). При підвищенні температури термічної обробки до 400°C піроліз PU утворює газ, що призводить до утворення пористої структури на плівці PI. Після карбонізації утворюється вуглецева плівка. Крім того, метод змішування полімерів також може певною мірою покращити деякі фізичні та механічні властивості матеріалу.
Технологія регулювання каталітичної активації
Технологія каталітичної активації та регулювання фактично є поєднанням методу хімічної активації та методу високотемпературної газової активації. Як правило, хімічні речовини додаються до сировини як каталізатори, а каталізатори використовуються для сприяння процесу карбонізації або активації для отримання пористих вуглецевих матеріалів. Загалом, метали мають каталітичну дію, але вона різна.
Фактично, зазвичай немає чіткої межі між регулюванням хімічної активації та регулюванням каталітичної активації пористих матеріалів. Це пояснюється тим, що обидва методи додають реагенти під час процесу карбонізації та активації. Конкретна роль цих реагентів визначає, чи належить метод до категорії каталітичної активації.
Структура самого пористого вуглецевого матеріалу, фізичні та хімічні властивості каталізатора, умови каталітичної реакції та метод завантаження каталізатора можуть мати різний ступінь впливу на ефект регулювання. Використання бітумінозного вугілля як сировини, Mn(N03)2 та Cu(N03)2 як каталізаторів може призвести до отримання пористих матеріалів, що містять оксиди металів. Відповідна кількість оксидів металів може покращити пористість та об'єм пор, але каталітичний ефект різних металів дещо відрізняється. Cu(N03)2 може сприяти розвитку пор у діапазоні 1,5~2,0 нм. Крім того, оксиди металів та неорганічні солі, що містяться в золі сировини, також відіграватимуть каталітичну роль у процесі активації. Сє Цян та ін. [42] вважали, що реакція каталітичної активації таких елементів, як кальцій та залізо, в неорганічній речовині може сприяти розвитку пор. Коли вміст цих двох елементів занадто високий, частка середніх та великих пор у продукті значно збільшується.
Висновок
Хоча активоване вугілля, як найпоширеніший зелений пористий вуглецевий матеріал, відіграє важливу роль у промисловості та житті, воно все ще має великий потенціал для покращення розширення сировинних ресурсів, зниження витрат, покращення якості, підвищення енергоспоживання, продовження терміну служби та підвищення міцності. Пошук високоякісної та дешевої сировини для активованого вугілля, розробка чистої та ефективної технології виробництва активованого вугілля, а також оптимізація та регулювання пористої структури активованого вугілля відповідно до різних галузей застосування будуть важливим напрямком для покращення якості продукції з активованого вугілля та сприяння високоякісному розвитку галузі активованого вугілля.
Час публікації: 27 серпня 2024 р.