تحسين بنية مسام الكربون المسامية -Ⅱ

مرحبا بكم في موقعنا على الانترنت للحصول على معلومات المنتج والتشاور.

موقعنا على الانترنت:https://www.vet-china.com/

 

طريقة التنشيط الفيزيائي والكيميائي

تشير طريقة التنشيط الفيزيائي والكيميائي إلى طريقة تحضير المواد المسامية من خلال الجمع بين طريقتي التنشيط المذكورتين أعلاه. بشكل عام، يتم إجراء التنشيط الكيميائي أولاً، ومن ثم يتم إجراء التنشيط الجسدي. أولاً، قم بنقع السليلوز في محلول 68%~85% H3PO4 عند درجة حرارة 85 درجة مئوية لمدة ساعتين، ثم قم بتفحمه في فرن دثر لمدة 4 ساعات، ثم قم بتنشيطه باستخدام ثاني أكسيد الكربون. تبلغ المساحة السطحية المحددة للكربون المنشط الذي تم الحصول عليه 3700 م2·جم-1. حاول استخدام ألياف السيزال كمواد خام، وقم بتنشيط ألياف الكربون المنشط (ACF) التي تم الحصول عليها عن طريق تنشيط H3PO4 مرة واحدة، وسخنها إلى 830 درجة مئوية تحت حماية N2، ثم استخدم بخار الماء كمنشط للتنشيط الثانوي. تم تحسين مساحة السطح المحددة لـ ACF التي تم الحصول عليها بعد 60 دقيقة من التنشيط بشكل ملحوظ.

 

توصيف أداء هيكل المسام المنشطالكربون

 
يوضح الجدول 2. طرق توصيف أداء الكربون المنشط شائعة الاستخدام واتجاهات التطبيق. ويمكن اختبار خصائص هيكل المسام للمادة من جانبين: تحليل البيانات وتحليل الصور.

 

التقدم البحثي في ​​تكنولوجيا تحسين بنية المسام للكربون المنشط

على الرغم من أن الكربون المنشط يحتوي على مسام غنية ومساحة سطحية ضخمة، إلا أنه يتمتع بأداء ممتاز في العديد من المجالات. ومع ذلك، نظرًا للانتقائية الواسعة للمواد الخام وظروف التحضير المعقدة، فإن المنتجات النهائية عمومًا لها عيوب بنية المسام الفوضوية، ومساحة سطحية مختلفة، وتوزيع غير منتظم لحجم المسام، وخصائص كيميائية سطحية محدودة. ولذلك، هناك عيوب مثل الجرعة الكبيرة والقدرة على التكيف الضيقة في عملية التطبيق، والتي لا يمكن أن تلبي متطلبات السوق. لذلك، من الأهمية العملية الكبيرة تحسين الهيكل وتنظيمه وتحسين أداء استخدامه الشامل. تشمل الطرق الشائعة الاستخدام لتحسين وتنظيم بنية المسام التنظيم الكيميائي، ومزج البوليمر، وتنظيم التنشيط الحفاز.

 

تكنولوجيا التنظيم الكيميائي

تشير تقنية التنظيم الكيميائي إلى عملية التنشيط الثانوي (التعديل) للمواد المسامية التي يتم الحصول عليها بعد التنشيط باستخدام الكواشف الكيميائية، أو تآكل المسام الأصلية، أو توسيع المسام الدقيقة، أو إنشاء مسام صغيرة جديدة لزيادة مساحة السطح المحددة وبنية المسام للمادة. بشكل عام، يتم غمر المنتج النهائي للتنشيط مرة واحدة بشكل عام في 0.5 إلى 4 مرات من المحلول الكيميائي لتنظيم بنية المسام وزيادة مساحة السطح المحددة. يمكن استخدام جميع أنواع المحاليل الحمضية والقلوية ككواشف للتنشيط الثانوي.

 

تكنولوجيا تعديل أكسدة السطح الحمضي

تعديل أكسدة السطح الحمضي هو طريقة تنظيم شائعة الاستخدام. عند درجة حرارة مناسبة، يمكن للمؤكسدات الحمضية إثراء المسام داخل الكربون المنشط، وتحسين حجم المسام، وتجريف المسام المسدودة. في الوقت الحاضر، تركز الأبحاث المحلية والأجنبية بشكل رئيسي على تعديل الأحماض غير العضوية. HN03 هو عامل مؤكسد شائع الاستخدام، ويستخدم العديد من العلماء HN03 لتعديل الكربون المنشط. تونغ لي وآخرون. [28] وجد أن HN03 يمكنه زيادة محتوى المجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين والنيتروجين على سطح الكربون المنشط وتحسين تأثير امتصاص الزئبق.

تعديل الكربون المنشط باستخدام HN03، بعد التعديل، انخفضت المساحة السطحية المحددة للكربون المنشط من 652 م2 · جم-1 إلى 241 م2 · جم-1، وزاد متوسط ​​حجم المسام من 1.27 نانومتر إلى 1.641 نانومتر، وقدرة البنزوفينون على الامتصاص. في البنزين المقلد بنسبة 33.7%. تعديل الكربون المنشط بالخشب بتركيز حجمي 10% و70% من HN03، على التوالي. أظهرت النتائج أن المساحة السطحية النوعية للكربون المنشط المعدل بـ 10% HN03 زادت من 925.45 م2·جم-1 إلى 960.52 م2·جم-1؛ وبعد التعديل باستخدام 70% من HN03، انخفضت مساحة السطح المحددة إلى 935.89 م2·جم-1. كانت معدلات إزالة Cu2+ بواسطة الكربون المنشط المعدل بتركيزين من HN03 أعلى من 70% و90% على التوالي.

بالنسبة للكربون المنشط المستخدم في مجال الامتزاز، فإن تأثير الامتزاز لا يعتمد فقط على بنية المسام ولكن أيضًا على الخواص الكيميائية السطحية للمادة المازة. يحدد هيكل المسام مساحة السطح المحددة وقدرة الامتصاص للكربون المنشط، بينما تؤثر الخواص الكيميائية السطحية على التفاعل بين الكربون المنشط والممتص. أخيرًا، وجد أن التعديل الحمضي للكربون المنشط لا يمكنه فقط ضبط بنية المسام داخل الكربون المنشط وإزالة المسام المسدودة، ولكن أيضًا يزيد من محتوى المجموعات الحمضية على سطح المادة ويعزز قطبية السطح ومحبته للماء. . زادت قدرة الامتزاز لـ EDTA بالكربون المنشط المعدل بواسطة HCI بنسبة 49.5% مقارنة بما كان عليه قبل التعديل، وهو أفضل من تعديل HNO3.

تعديل الكربون المنشط التجاري مع HNO3 وH2O2 على التوالي! وكانت المساحات السطحية المحددة بعد التعديل 91.3% و80.8% من تلك قبل التعديل، على التوالي. تمت إضافة مجموعات وظيفية جديدة تحتوي على الأكسجين مثل الكربوكسيل والكربونيل والفينول إلى السطح. كانت قدرة الامتزاز للنيتروبنزين بتعديل HNO3 هي الأفضل حيث كانت 3.3 مرة قبل التعديل.وقد وجد أن الزيادة في محتوى المجموعات الوظيفية المحتوية على الأكسجين في الكربون المنشط بعد التعديل الحمضي أدت إلى زيادة عدد الأسطح السطحية. النقاط النشطة والتي كان لها تأثير مباشر على تحسين القدرة الامتصاصية للمادة الممتصة المستهدفة.

بالمقارنة مع الأحماض غير العضوية، هناك تقارير قليلة عن تعديل الحمض العضوي للكربون المنشط. قارن بين تأثيرات تعديل الأحماض العضوية على خصائص بنية المسام للكربون المنشط وامتزاز الميثانول. بعد التعديل، انخفضت مساحة السطح المحددة وحجم المسام الإجمالي للكربون المنشط. كلما كانت الحموضة أقوى، كلما زاد النقصان. بعد التعديل باستخدام حمض الأكساليك وحمض الطرطريك وحمض الستريك، انخفضت المساحة السطحية النوعية للكربون المنشط من 898.59 م2·جم-1 إلى 788.03 م2·جم-1 و685.16 م2·جم-1 و622.98 م2·جم-1 على التوالي. ومع ذلك، زادت المسامية الدقيقة للكربون المنشط بعد التعديل. زادت المسامية الدقيقة للكربون المنشط المعدل بحمض الستريك من 75.9% إلى 81.5%.

يعد تعديل حمض الأكساليك وحمض الطرطريك مفيدًا لامتصاص الميثانول، في حين أن حمض الستريك له تأثير مثبط. ومع ذلك، J.Paul تشن وآخرون. [35] وجد أن الكربون المنشط المعدل بحمض الستريك يمكن أن يعزز امتصاص أيونات النحاس. لين تانغ وآخرون. [36] الكربون المنشط التجاري المعدل مع حمض الفورميك وحمض الأكساليك وحمض أمينوسلفونيك. بعد التعديل، تم تقليل مساحة السطح المحددة وحجم المسام. تم تشكيل مجموعات وظيفية تحتوي على الأكسجين مثل 0-HC-0 وC-0 وS=0 على سطح المنتج النهائي، وظهرت قنوات محفورة غير متساوية وبلورات بيضاء. كما زادت قدرة الامتزاز التوازني للأسيتون والأيزوبروبانول بشكل ملحوظ.

 

تكنولوجيا تعديل المحاليل القلوية

استخدم بعض العلماء أيضًا محلولًا قلويًا لإجراء التنشيط الثانوي للكربون المنشط. قم بتشريب الكربون المنشط المعتمد على الفحم محلي الصنع بمحلول Na0H بتركيزات مختلفة للتحكم في بنية المسام. أظهرت النتائج أن انخفاض تركيز القلويات كان يؤدي إلى زيادة المسام وتوسيعها. تم تحقيق أفضل تأثير عندما كان تركيز الكتلة 20٪. كان للكربون المنشط أعلى مساحة سطح محددة (681 م2·جم-1) وحجم المسام (0.5916 سم3·جم-1). عندما يتجاوز تركيز كتلة Na0H 20%، يتم تدمير بنية المسام للكربون المنشط وتبدأ معلمات بنية المسام في الانخفاض. وذلك لأن التركيز العالي لمحلول Na0H سيؤدي إلى تآكل الهيكل العظمي للكربون وسوف ينهار عدد كبير من المسام.

تحضير الكربون المنشط عالي الأداء عن طريق مزج البوليمر. كانت السلائف عبارة عن راتنج فورفورال وكحول فورفوريل، وكان إيثيلين جلايكول هو عامل تشكيل المسام. تم التحكم في بنية المسام عن طريق ضبط محتوى البوليمرات الثلاثة، وتم الحصول على مادة مسامية بحجم مسام يتراوح بين 0.008 و5 ميكرومتر. لقد أثبت بعض العلماء أنه يمكن تفحيم فيلم البولي يوريثين إيميد (PUI) للحصول على فيلم الكربون، ويمكن التحكم في بنية المسام عن طريق تغيير التركيب الجزيئي للبوليمر المسبق من البولي يوريثين (PU) [41]. عندما يتم تسخين PUI إلى 200 درجة مئوية، سيتم إنشاء PU وبوليميد (PI). عندما ترتفع درجة حرارة المعالجة الحرارية إلى 400 درجة مئوية، ينتج الانحلال الحراري للـ PU الغاز، مما يؤدي إلى تكوين هيكل مسامي على فيلم PI. بعد الكربنة، يتم الحصول على فيلم الكربون. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لطريقة مزج البوليمر أيضًا تحسين بعض الخواص الفيزيائية والميكانيكية للمادة إلى حد ما

 

تكنولوجيا تنظيم التنشيط الحفاز

إن تقنية تنظيم التنشيط الحفزي هي في الواقع مزيج من طريقة التنشيط الكيميائي وطريقة التنشيط الغازي بدرجة حرارة عالية. بشكل عام، تضاف المواد الكيميائية إلى المواد الخام كمحفزات، وتستخدم المحفزات للمساعدة في عملية الكربنة أو التنشيط للحصول على مواد كربونية مسامية. بشكل عام، المعادن عمومًا لها تأثيرات تحفيزية، لكن التأثيرات التحفيزية تختلف.

في الواقع، لا توجد عادة حدود واضحة بين تنظيم التنشيط الكيميائي وتنظيم التنشيط الحفزي للمواد المسامية. وذلك لأن كلتا الطريقتين تضيفان الكواشف أثناء عملية الكربنة والتنشيط. يحدد الدور المحدد لهذه الكواشف ما إذا كانت الطريقة تنتمي إلى فئة التنشيط الحفزي.

يمكن أن يكون لهيكل مادة الكربون المسامية نفسها، والخصائص الفيزيائية والكيميائية للمحفز، وظروف التفاعل الحفزي، وطريقة تحميل المحفز، درجات مختلفة من التأثير على تأثير التنظيم. باستخدام الفحم البيتوميني كمادة خام، يمكن للمنغنيز (N03)2 والنحاس (N03)2 كمحفزات تحضير مواد مسامية تحتوي على أكاسيد فلزية. يمكن للكمية المناسبة من أكاسيد المعادن أن تحسن المسامية وحجم المسام، ولكن التأثيرات التحفيزية للمعادن المختلفة تختلف قليلاً. يمكن لـ Cu(N03)2 تعزيز تطور المسام في نطاق 1.5 ~ 2.0 نانومتر. بالإضافة إلى ذلك، فإن الأكاسيد المعدنية والأملاح غير العضوية الموجودة في رماد المادة الخام ستلعب أيضًا دورًا محفزًا في عملية التنشيط. شيه تشيانغ وآخرون. [42] يعتقد أن تفاعل التنشيط الحفاز لعناصر مثل الكالسيوم والحديد في المواد غير العضوية يمكن أن يعزز تطور المسام. عندما يكون محتوى هذين العنصرين مرتفعًا جدًا، فإن نسبة المسام المتوسطة والكبيرة في المنتج تزيد بشكل كبير.

 

خاتمة

على الرغم من أن الكربون المنشط، باعتباره مادة الكربون المسامية الخضراء الأكثر استخدامًا، قد لعب دورًا مهمًا في الصناعة والحياة، إلا أنه لا يزال لديه إمكانات كبيرة للتحسين في توسيع المواد الخام، وخفض التكلفة، وتحسين الجودة، وتحسين الطاقة، وإطالة العمر، وتحسين القوة. . إن العثور على مواد خام للكربون المنشط عالية الجودة ورخيصة الثمن، وتطوير تكنولوجيا إنتاج الكربون المنشط النظيفة والفعالة، وتحسين وتنظيم هيكل مسام الكربون المنشط وفقًا لمجالات التطبيق المختلفة سيكون اتجاهًا مهمًا لتحسين جودة منتجات الكربون المنشط وتعزيزها. التطوير عالي الجودة لصناعة الكربون المنشط.