Chào mừng bạn đến với trang web của chúng tôi để tìm hiểu thông tin sản phẩm và được tư vấn.
Trang web của chúng tôi:https://www.vet-china.com/
Phương pháp kích hoạt vật lý và hóa học
Phương pháp hoạt hóa vật lý và hóa học đề cập đến phương pháp điều chế vật liệu xốp bằng cách kết hợp hai phương pháp hoạt hóa nêu trên. Thông thường, quá trình hoạt hóa hóa học được thực hiện trước, sau đó mới đến quá trình hoạt hóa vật lý. Đầu tiên, ngâm cellulose trong dung dịch H3PO4 68%~85% ở 85℃ trong 2 giờ, sau đó cacbon hóa trong lò nung trong 4 giờ, rồi hoạt hóa bằng CO2. Diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính thu được cao tới 3700m2·g-1. Thử sử dụng sợi sisal làm nguyên liệu thô, và hoạt hóa sợi than hoạt tính (ACF) thu được bằng phương pháp hoạt hóa H3PO4 một lần, nung nóng đến 830℃ dưới sự bảo vệ của N2, sau đó sử dụng hơi nước làm chất hoạt hóa cho quá trình hoạt hóa thứ cấp. Diện tích bề mặt riêng của ACF thu được sau 60 phút hoạt hóa đã được cải thiện đáng kể.
Đặc tính cấu trúc lỗ xốp và hiệu suất của vật liệu hoạt hóacarbon
Bảng 2 trình bày các phương pháp xác định đặc tính hiệu suất và hướng ứng dụng thường được sử dụng của than hoạt tính. Đặc điểm cấu trúc lỗ xốp của vật liệu có thể được kiểm tra từ hai khía cạnh: phân tích dữ liệu và phân tích hình ảnh.
Tiến bộ nghiên cứu về công nghệ tối ưu hóa cấu trúc lỗ xốp của than hoạt tính
Mặc dù than hoạt tính có nhiều lỗ rỗng và diện tích bề mặt riêng lớn, nó có hiệu suất tuyệt vời trong nhiều lĩnh vực. Tuy nhiên, do tính chọn lọc nguyên liệu thô rộng và điều kiện điều chế phức tạp, các sản phẩm hoàn thiện thường có những nhược điểm như cấu trúc lỗ rỗng hỗn loạn, diện tích bề mặt riêng khác nhau, phân bố kích thước lỗ rỗng không đều và tính chất hóa học bề mặt hạn chế. Do đó, có những nhược điểm như liều lượng lớn và khả năng thích ứng hẹp trong quá trình ứng dụng, không đáp ứng được yêu cầu của thị trường. Vì vậy, việc tối ưu hóa và điều chỉnh cấu trúc cũng như nâng cao hiệu suất sử dụng tổng thể của nó có ý nghĩa thực tiễn rất lớn. Các phương pháp thường được sử dụng để tối ưu hóa và điều chỉnh cấu trúc lỗ rỗng bao gồm điều chỉnh hóa học, pha trộn polymer và điều chỉnh hoạt hóa xúc tác.
Công nghệ điều chỉnh hóa chất
Công nghệ điều chỉnh hóa học đề cập đến quá trình hoạt hóa thứ cấp (biến đổi) các vật liệu xốp thu được sau khi hoạt hóa bằng thuốc thử hóa học, bằng cách phá vỡ các lỗ xốp ban đầu, mở rộng các lỗ xốp siêu nhỏ, hoặc tạo thêm các lỗ xốp siêu nhỏ mới để tăng diện tích bề mặt riêng và cấu trúc lỗ xốp của vật liệu. Nói chung, sản phẩm hoàn thiện sau một lần hoạt hóa thường được ngâm trong dung dịch hóa chất có nồng độ gấp 0,5 đến 4 lần để điều chỉnh cấu trúc lỗ xốp và tăng diện tích bề mặt riêng. Tất cả các loại dung dịch axit và kiềm đều có thể được sử dụng làm thuốc thử cho quá trình hoạt hóa thứ cấp.
Công nghệ biến đổi bề mặt bằng quá trình oxy hóa axit
Sửa đổi bằng quá trình oxy hóa bề mặt axit là một phương pháp điều chỉnh thường được sử dụng. Ở nhiệt độ thích hợp, chất oxy hóa axit có thể làm giàu các lỗ rỗng bên trong than hoạt tính, cải thiện kích thước lỗ rỗng và thông tắc các lỗ rỗng. Hiện nay, nghiên cứu trong và ngoài nước chủ yếu tập trung vào việc sửa đổi bằng axit vô cơ. HN03 là một chất oxy hóa thường được sử dụng, và nhiều học giả sử dụng HN03 để sửa đổi than hoạt tính. Tong Li và cộng sự [28] đã phát hiện ra rằng HN03 có thể làm tăng hàm lượng các nhóm chức chứa oxy và nitơ trên bề mặt than hoạt tính và cải thiện hiệu quả hấp phụ thủy ngân.
Sau khi biến tính than hoạt tính bằng HN03, diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính giảm từ 652 m2·g-1 xuống 241 m2·g-1, kích thước lỗ xốp trung bình tăng từ 1,27 nm lên 1,641 nm, và khả năng hấp phụ benzophenone trong xăng mô phỏng tăng 33,7%. Biến tính than hoạt tính từ gỗ với nồng độ thể tích HN03 lần lượt là 10% và 70%. Kết quả cho thấy diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính được biến tính với 10% HN03 tăng từ 925,45 m2·g-1 lên 960,52 m2·g-1; sau khi biến tính với 70% HN03, diện tích bề mặt riêng giảm xuống còn 935,89 m2·g-1. Tỷ lệ loại bỏ Cu2+ của than hoạt tính được biến tính với hai nồng độ HN03 lần lượt trên 70% và 90%.
Đối với than hoạt tính được sử dụng trong lĩnh vực hấp phụ, hiệu quả hấp phụ không chỉ phụ thuộc vào cấu trúc lỗ xốp mà còn phụ thuộc vào tính chất hóa học bề mặt của chất hấp phụ. Cấu trúc lỗ xốp quyết định diện tích bề mặt riêng và khả năng hấp phụ của than hoạt tính, trong khi tính chất hóa học bề mặt ảnh hưởng đến sự tương tác giữa than hoạt tính và chất bị hấp phụ. Cuối cùng, người ta nhận thấy rằng việc biến tính than hoạt tính bằng axit không chỉ có thể điều chỉnh cấu trúc lỗ xốp bên trong than hoạt tính và làm thông thoáng các lỗ xốp bị tắc nghẽn, mà còn làm tăng hàm lượng các nhóm axit trên bề mặt vật liệu và tăng cường tính phân cực và tính ưa nước của bề mặt. Khả năng hấp phụ EDTA của than hoạt tính được biến tính bằng HCl tăng 49,5% so với trước khi biến tính, tốt hơn so với than hoạt tính được biến tính bằng HNO3.
Than hoạt tính thương mại được biến tính bằng HNO3 và H2O2! Diện tích bề mặt riêng sau khi biến tính lần lượt đạt 91,3% và 80,8% so với trước khi biến tính. Các nhóm chức chứa oxy mới như carboxyl, carbonyl và phenol đã được thêm vào bề mặt. Khả năng hấp phụ nitrobenzen sau khi biến tính bằng HNO3 là tốt nhất, gấp 3,3 lần so với trước khi biến tính. Điều này cho thấy sự gia tăng hàm lượng các nhóm chức chứa oxy trong than hoạt tính sau khi biến tính bằng axit dẫn đến sự gia tăng số lượng điểm hoạt tính trên bề mặt, có tác động trực tiếp đến việc cải thiện khả năng hấp phụ chất cần hấp phụ.
So với các axit vô cơ, có rất ít báo cáo về việc biến tính than hoạt tính bằng axit hữu cơ. Bài viết này so sánh ảnh hưởng của việc biến tính bằng axit hữu cơ đến các đặc tính cấu trúc lỗ xốp của than hoạt tính và khả năng hấp phụ methanol. Sau khi biến tính, diện tích bề mặt riêng và tổng thể tích lỗ xốp của than hoạt tính giảm. Độ axit càng mạnh, mức giảm càng lớn. Sau khi biến tính bằng axit oxalic, axit tartaric và axit citric, diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính giảm từ 898,59 m2·g-1 xuống còn 788,03 m2·g-1, 685,16 m2·g-1 và 622,98 m2·g-1 tương ứng. Tuy nhiên, độ xốp vi mô của than hoạt tính lại tăng lên sau khi biến tính. Độ xốp vi mô của than hoạt tính được biến tính bằng axit citric tăng từ 75,9% lên 81,5%.
Việc sửa đổi bằng axit oxalic và axit tartaric có lợi cho quá trình hấp phụ metanol, trong khi axit citric có tác dụng ức chế. Tuy nhiên, J.Paul Chen et al. [35] đã phát hiện ra rằng than hoạt tính được sửa đổi bằng axit citric có thể tăng cường khả năng hấp phụ ion đồng. Lin Tang et al. [36] đã sửa đổi than hoạt tính thương mại bằng axit formic, axit oxalic và axit aminosulfonic. Sau khi sửa đổi, diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ xốp bị giảm. Các nhóm chức chứa oxy như 0-HC-0, C-0 và S=0 được hình thành trên bề mặt của sản phẩm hoàn thiện, và các kênh bị ăn mòn không đều và các tinh thể trắng xuất hiện. Khả năng hấp phụ cân bằng của axeton và isopropanol cũng tăng lên đáng kể.
Công nghệ điều chỉnh dung dịch kiềm
Một số nhà nghiên cứu cũng sử dụng dung dịch kiềm để thực hiện quá trình hoạt hóa thứ cấp trên than hoạt tính. Họ ngâm than hoạt tính tự chế từ than đá với dung dịch NaOH có nồng độ khác nhau để kiểm soát cấu trúc lỗ xốp. Kết quả cho thấy nồng độ kiềm thấp hơn có lợi cho việc tăng và mở rộng lỗ xốp. Hiệu quả tốt nhất đạt được khi nồng độ khối lượng là 20%. Than hoạt tính có diện tích bề mặt riêng cao nhất (681 m2·g-1) và thể tích lỗ xốp cao nhất (0,5916 cm3·g-1). Khi nồng độ khối lượng của NaOH vượt quá 20%, cấu trúc lỗ xốp của than hoạt tính bị phá hủy và các thông số cấu trúc lỗ xốp bắt đầu giảm. Điều này là do dung dịch NaOH nồng độ cao sẽ ăn mòn khung carbon và một lượng lớn lỗ xốp sẽ bị sụp đổ.
Chuẩn bị than hoạt tính hiệu suất cao bằng cách trộn polyme. Tiền chất là nhựa furfural và rượu furfuryl, và ethylene glycol là chất tạo lỗ xốp. Cấu trúc lỗ xốp được kiểm soát bằng cách điều chỉnh hàm lượng của ba polyme, và thu được vật liệu xốp có kích thước lỗ xốp từ 0,008 đến 5 μm. Một số học giả đã chứng minh rằng màng polyurethane-imide (PUI) có thể được cacbon hóa để thu được màng carbon, và cấu trúc lỗ xốp có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi cấu trúc phân tử của tiền polyme polyurethane (PU) [41]. Khi PUI được nung nóng đến 200°C, PU và polyimide (PI) sẽ được tạo ra. Khi nhiệt độ xử lý nhiệt tăng lên 400°C, quá trình nhiệt phân PU tạo ra khí, dẫn đến sự hình thành cấu trúc lỗ xốp trên màng PI. Sau khi cacbon hóa, thu được màng carbon. Ngoài ra, phương pháp trộn polyme cũng có thể cải thiện một số tính chất vật lý và cơ học của vật liệu ở một mức độ nhất định.
Công nghệ điều chỉnh kích hoạt xúc tác
Công nghệ điều chỉnh kích hoạt xúc tác thực chất là sự kết hợp giữa phương pháp kích hoạt hóa học và phương pháp kích hoạt khí ở nhiệt độ cao. Thông thường, các chất hóa học được thêm vào nguyên liệu thô làm chất xúc tác, và các chất xúc tác này được sử dụng để hỗ trợ quá trình cacbon hóa hoặc kích hoạt nhằm thu được vật liệu cacbon xốp. Nói chung, kim loại thường có tác dụng xúc tác, nhưng tác dụng xúc tác này khác nhau tùy từng loại.
Trên thực tế, thường không có ranh giới rõ ràng giữa điều chỉnh kích hoạt hóa học và điều chỉnh kích hoạt xúc tác đối với vật liệu xốp. Điều này là do cả hai phương pháp đều thêm chất phản ứng trong quá trình cacbon hóa và kích hoạt. Vai trò cụ thể của các chất phản ứng này quyết định liệu phương pháp đó thuộc loại kích hoạt xúc tác hay không.
Cấu trúc của vật liệu carbon xốp, các tính chất vật lý và hóa học của chất xúc tác, điều kiện phản ứng xúc tác và phương pháp tải chất xúc tác đều có thể ảnh hưởng đến hiệu quả điều chỉnh ở các mức độ khác nhau. Sử dụng than đá bitum làm nguyên liệu thô, Mn(N03)2 và Cu(N03)2 làm chất xúc tác có thể điều chế vật liệu xốp chứa oxit kim loại. Lượng oxit kim loại thích hợp có thể cải thiện độ xốp và thể tích lỗ rỗng, nhưng hiệu quả xúc tác của các kim loại khác nhau hơi khác nhau. Cu(N03)2 có thể thúc đẩy sự phát triển của các lỗ rỗng trong phạm vi 1,5~2,0nm. Ngoài ra, các oxit kim loại và muối vô cơ có trong tro nguyên liệu thô cũng sẽ đóng vai trò xúc tác trong quá trình hoạt hóa. Xie Qiang và cộng sự [42] cho rằng phản ứng hoạt hóa xúc tác của các nguyên tố như canxi và sắt trong vật chất vô cơ có thể thúc đẩy sự phát triển của các lỗ rỗng. Khi hàm lượng của hai nguyên tố này quá cao, tỷ lệ các lỗ rỗng trung bình và lớn trong sản phẩm tăng lên đáng kể.
Phần kết luận
Mặc dù than hoạt tính, với tư cách là vật liệu carbon xốp xanh được sử dụng rộng rãi nhất, đã đóng vai trò quan trọng trong công nghiệp và đời sống, nhưng nó vẫn còn tiềm năng lớn để cải thiện trong việc mở rộng nguồn nguyên liệu, giảm chi phí, nâng cao chất lượng, cải thiện hiệu quả năng lượng, kéo dài tuổi thọ và tăng cường độ bền. Việc tìm kiếm nguyên liệu than hoạt tính chất lượng cao và giá rẻ, phát triển công nghệ sản xuất than hoạt tính sạch và hiệu quả, cũng như tối ưu hóa và điều chỉnh cấu trúc lỗ xốp của than hoạt tính theo các lĩnh vực ứng dụng khác nhau sẽ là hướng đi quan trọng để nâng cao chất lượng sản phẩm than hoạt tính và thúc đẩy sự phát triển chất lượng cao của ngành công nghiệp than hoạt tính.
Thời gian đăng bài: 27/08/2024