Аптымізацыя порыстай структуры пор вугляроду -Ⅱ

Сардэчна запрашаем на наш вэб-сайт для атрымання інфармацыі аб прадуктах і кансультацый.

Наш сайт:https://www.vet-china.com/

 

Фізіка-хімічны метад актывацыі

Метад фізічнай і хімічнай актывацыі адносіцца да метаду падрыхтоўкі порыстых матэрыялаў шляхам камбінавання двух вышэйзгаданых метадаў актывацыі. Як правіла, спачатку праводзіцца хімічная актывацыя, а затым фізічная актывацыя. Спачатку замочыце цэлюлозу ў 68% ~ 85% растворы H3PO4 пры 85 ℃ на працягу 2 гадзін, затым карбанізуйце яе ў муфельнай печы на ​​працягу 4 гадзін, а затым актывуйце CO2. Удзельная паверхня атрыманага актываванага вугалю дасягала 3700 м2·г-1. Паспрабуйце выкарыстаць валакно сізалю ў якасці сыравіны і актываваць валакно з актываванага вугляроду (ACF), атрыманае аднакратнай актывацыяй H3PO4, нагрэць яго да 830 ℃ пад абаронай N2, а затым выкарыстаць вадзяную пару ў якасці актыватара для другаснай актывацыі. Удзельная плошча паверхні ACF, атрыманая пасля 60 хвілін актывацыі, значна палепшылася.

 

Характарыстыка прадукцыйнасці пары актываванай структурывуглярод

 
Звычайна выкарыстоўваюцца метады характарыстыкі прадукцыйнасці актываванага вугалю і напрамкі прымянення паказаны ў табліцы 2. Характарыстыкі структуры пор матэрыялу можна праверыць з двух аспектаў: ​​аналіз даных і аналіз малюнкаў.

 

Прагрэс даследаванняў тэхналогіі аптымізацыі структуры пор актываванага вугалю

Хоць актываваны вугаль мае багатыя пары і велізарную ўдзельную плошчу паверхні, ён мае выдатную прадукцыйнасць у многіх галінах. Аднак з-за шырокай селектыўнасці сыравіны і складаных умоў падрыхтоўкі гатовая прадукцыя звычайна мае такія недахопы, як хаатычная структура пор, розная ўдзельная плошча паверхні, бязладнае размеркаванне пор па памеры і абмежаваныя хімічныя ўласцівасці паверхні. Такім чынам, ёсць такія недахопы, як вялікая дазоўка і вузкая адаптыўнасць у працэсе прымянення, якія не могуць адпавядаць патрабаванням рынку. Такім чынам, гэта мае вялікае практычнае значэнне, каб аптымізаваць і рэгуляваць структуру і палепшыць яе ўсебаковую эфектыўнасць выкарыстання. Звычайна выкарыстоўваюцца метады аптымізацыі і рэгулявання структуры пор ўключаюць хімічнае рэгуляванне, змешванне палімераў і рэгуляванне каталітычнай актывацыі.

 

Тэхналогія хімічнага рэгулявання

Тэхналогія хімічнага рэгулявання адносіцца да працэсу другаснай актывацыі (мадыфікацыі) порыстых матэрыялаў, атрыманых пасля актывацыі хімічнымі рэагентамі, размывання першапачатковых пор, пашырэння мікрапор або далейшага стварэння новых мікрапор для павелічэння ўдзельнай паверхні і структуры пор матэрыялу. Наогул кажучы, гатовы прадукт адной актывацыі звычайна апускаюць у 0,5-4-кратны хімічны раствор для рэгулявання структуры пор і павелічэння ўдзельнай паверхні. У якасці рэагентаў для другаснай актывацыі можна выкарыстоўваць усе віды раствораў кіслот і шчолачаў.

 

Тэхналогія мадыфікацыі кіслотнага павярхоўнага акіслення

Мадыфікацыя кіслотнага акіслення паверхні з'яўляецца звычайна выкарыстоўваным метадам рэгулявання. Пры адпаведнай тэмпературы кіслотныя акісляльнікі могуць узбагачаць пары ўнутры актываванага вугалю, павялічваць памер пор і ачышчаць заблякаваныя пары. У цяперашні час айчынныя і замежныя даследаванні ў асноўным сканцэнтраваны на мадыфікацыі неарганічных кіслот. HN03 з'яўляецца шырока выкарыстоўваным акісляльнікам, і многія навукоўцы выкарыстоўваюць HN03 для мадыфікацыі актываванага вугалю. Тонг Лі і інш. [28] выявілі, што HN03 можа павялічваць утрыманне кіслародзмяшчальных і азотазмяшчальных функцыянальных груп на паверхні актываванага вугалю і паляпшаць адсорбцыйны эфект ртуці.

Пры мадыфікацыі актываванага вугалю HN03 пасля мадыфікацыі ўдзельная плошча паверхні актываванага вугалю паменшылася з 652 м2·г-1 да 241 м2·г-1, сярэдні памер пор павялічыўся з 1,27 нм да 1,641 нм, а адсарбцыйная здольнасць бензафенону у мадэляваных бензінах павялічыўся на 33,7%. Актываваны вугаль для мадыфікацыі драўніны з аб'ёмнай канцэнтрацыяй HN03 10% і 70% адпаведна. Вынікі паказваюць, што ўдзельная плошча паверхні актываванага вугалю, мадыфікаванага 10% HN03, павялічылася з 925,45 м2 · г-1 да 960,52 м2 · г-1; пасля мадыфікацыі 70% HN03 удзельная паверхня знізілася да 935,89 м2·г-1. Хуткасць выдалення Cu2+ актываваным вуглём, мадыфікаваным двума канцэнтрацыямі HNO3, была вышэй за 70% і 90% адпаведна.

Для актываванага вугалю, які выкарыстоўваецца ў галіне адсарбцыі, эфект адсарбцыі залежыць не толькі ад структуры пор, але і ад хімічных уласцівасцей паверхні адсарбенту. Структура пор вызначае ўдзельную паверхню і адсарбцыйную здольнасць актываванага вугалю, у той час як хімічныя ўласцівасці паверхні ўплываюць на ўзаемадзеянне паміж актываваным вуглём і адсарбатам. Нарэшце было ўстаноўлена, што кіслотная мадыфікацыя актываванага вугалю можа не толькі адрэгуляваць структуру пор ўнутры актываванага вугалю і ачысціць закаркаваныя пары, але і павялічыць утрыманне кіслотных груп на паверхні матэрыялу і ўзмацніць палярнасць і гідрафільнасць паверхні. . Адсарбцыйная здольнасць ЭДТА актываваным вуглём, мадыфікаваным HCl, павялічылася на 49,5% у параўнанні з такім да мадыфікацыі, што было лепш, чым у мадыфікацыі HNO3.

Мадыфікаваны камерцыйны актываваны вугаль з HNO3 і H2O2 адпаведна! Удзельная плошча паверхні пасля мадыфікацыі склала 91,3% і 80,8% адпаведна да мадыфікацыі. На паверхню былі дададзены новыя кіслародзмяшчальныя функцыянальныя групы, такія як карбаксільныя, карбанільныя і фенольныя. Найлепшай была адсарбцыйная здольнасць нітрабензолу пры мадыфікацыі HNO3, якая была ў 3,3 раза вышэй, чым да мадыфікацыі. Устаноўлена, што павелічэнне ўтрымання кіслародзмяшчальных функцыянальных груп у актываваным вугалі пасля кіслотнай мадыфікацыі прыводзіць да павелічэння колькасці паверхневых актыўных кропак, што аказвала непасрэдны ўплыў на павышэнне адсарбцыйнай здольнасці мэтавага адсарбата.

У параўнанні з неарганічнымі кіслотамі існуе некалькі паведамленняў аб мадыфікацыі актываванага вугалю арганічнымі кіслотамі. Параўнайце ўплыў мадыфікацыі арганічнай кіслаты на ўласцівасці структуры пор актываванага вугалю і адсорбцыю метанолу. Пасля мадыфікацыі ўдзельная плошча паверхні і агульны аб'ём пор актываванага вугалю паменшыліся. Чым мацней кіслотнасць, тым больш зніжэнне. Пасля мадыфікацыі шчаўевай кіслатой, віннай кіслатой і цытрынавай кіслатой удзельная плошча паверхні актываванага вугалю паменшылася з 898,59 м2 · г-1 да 788,03 м2 · г-1, 685,16 м2 · г-1 і 622,98 м2 · г-1 адпаведна. Аднак мікрасітаватасць актываванага вугалю пасля мадыфікацыі павялічылася. Мікрасітаватасць актываванага вугалю, мадыфікаванага цытрынавай кіслатой, павялічылася з 75,9% да 81,5%.

Мадыфікацыі шчаўевай і віннай кіслаты спрыяюць адсорбцыі метанолу, у той час як цытрынавая кіслата аказвае інгібіруючы эфект. Аднак J.Paul Chen і інш. [35] выявілі, што актываваны вугаль, мадыфікаваны цытрынавай кіслатой, можа ўзмацніць адсорбцыю іёнаў медзі. Лінь Тан і інш. [36] мадыфікаваны камерцыйны актываваны вугаль мурашынай кіслатой, шчаўевай кіслатой і амінасульфонавай кіслатой. Пасля мадыфікацыі ўдзельная плошча паверхні і аб'ём пор былі паменшаны. Кіслародзмяшчальныя функцыянальныя групы, такія як 0-HC-0, C-0 і S=0, утварыліся на паверхні гатовага прадукту, з'явіліся няроўныя вытраўленыя каналы і белыя крышталі. Значна ўзрасла і раўнаважная адсарбцыйная здольнасць ацэтону і ізапрапанолу.

 

Тэхналогія мадыфікацыі шчолачнага раствора

Некаторыя навукоўцы таксама выкарыстоўвалі шчолачны раствор для другаснай актывацыі актываванага вугалю. Прахарчуйце самаробны актываваны вугаль на аснове вугалю растворам Na0H рознай канцэнтрацыі для кантролю структуры пор. Вынікі паказалі, што больш нізкая канцэнтрацыя шчолачы спрыяе павелічэнню і пашырэнню пор. Найлепшы эфект дасягаўся пры масавай канцэнтрацыі 20%. Актываваны вугаль меў найбольшую ўдзельную паверхню (681 м2 · г-1) і аб'ём пор (0,5916 см3 · г-1). Калі масавая канцэнтрацыя Na0H перавышае 20%, структура пор актываванага вугалю разбураецца і параметры структуры пор пачынаюць змяншацца. Гэта таму, што высокая канцэнтрацыя раствора Na0H раз'ядае вугляродны шкілет і вялікая колькасць пор згорнецца.

Падрыхтоўка высокаэфектыўнага актываванага вугалю шляхам змешвання палімераў. Папярэднікамі былі фурфурольная смала і фурфурілавы спірт, а пораўтваральнікам быў этыленгліколь. Структуру пор кантралявалі шляхам рэгулявання ўтрымання трох палімераў, і быў атрыманы кіпры матэрыял з памерам пор ад 0,008 да 5 мкм. Некаторыя навукоўцы даказалі, што поліўрэтан-імідную плёнку (PUI) можна карбанізаваць для атрымання вугляроднай плёнкі, а структуру пор можна кантраляваць, змяняючы малекулярную структуру прэпалімера паліурэтана (PU) [41]. Пры награванні PUI да 200°C будуць утварацца PU і поліімід (PI). Калі тэмпература тэрмічнай апрацоўкі падымаецца да 400 °C, піроліз PU выпрацоўвае газ, што прыводзіць да адукацыі пары на плёнцы PI. Пасля карбанізацыі атрымліваецца карбоновая плёнка. Акрамя таго, метад змешвання палімераў таксама можа ў пэўнай ступені палепшыць некаторыя фізічныя і механічныя ўласцівасці матэрыялу

 

Тэхналогія рэгулявання каталітычнай актывацыі

Тэхналогія рэгулявання каталітычнай актывацыі на самай справе ўяўляе сабой спалучэнне метаду хімічнай актывацыі і метаду актывацыі пры высокай тэмпературы газу. Як правіла, хімічныя рэчывы дадаюцца да сыравіны ў якасці каталізатараў, і каталізатары выкарыстоўваюцца для садзейнічання карбанізацыі або працэсу актывацыі для атрымання порыстых вугляродных матэрыялаў. Наогул кажучы, металы звычайна аказваюць каталітычны эфект, але каталітычны эфект адрозніваецца.

На самай справе звычайна няма відавочнай мяжы паміж рэгуляваннем хімічнай актывацыі і рэгуляваннем каталітычнай актывацыі порыстых матэрыялаў. Гэта таму, што абодва метады дадаюць рэагенты ў працэсе карбанізацыі і актывацыі. Спецыфічная роля гэтых рэагентаў вызначае прыналежнасць метаду да катэгорыі каталітычнай актывацыі.

Структура самога порыстага вугляроднага матэрыялу, фізічныя і хімічныя ўласцівасці каталізатара, умовы каталітычнай рэакцыі і спосаб загрузкі каталізатара могуць мець розную ступень уплыву на эфект рэгулявання. Выкарыстоўваючы бітумінозны вугаль у якасці сыравіны, Mn(N03)2 і Cu(N03)2 у якасці каталізатараў можна атрымаць порыстыя матэрыялы, якія змяшчаюць аксіды металаў. Адпаведная колькасць аксідаў металаў можа палепшыць сітаватасць і аб'ём пор, але каталітычны эфект розных металаў трохі адрозніваецца. Cu(N03)2 можа спрыяць развіццю пор у дыяпазоне 1,5~2,0 нм. Акрамя таго, аксіды металаў і неарганічныя солі, якія змяшчаюцца ў попеле сыравіны, таксама будуць гуляць каталітычную ролю ў працэсе актывацыі. Се Цян і інш. [42] лічылі, што рэакцыя каталітычнай актывацыі такіх элементаў, як кальцый і жалеза ў неарганічных рэчывах, можа спрыяць развіццю пор. Калі ўтрыманне гэтых двух элементаў занадта высокае, доля сярэдніх і буйных пор у прадукце значна павялічваецца.

 

Заключэнне

Хоць актываваны вугаль, як найбольш шырока выкарыстоўваны зялёны кіпры вугляродны матэрыял, адыграў важную ролю ў прамысловасці і жыцці, ён па-ранейшаму мае вялікі патэнцыял для паляпшэння пашырэння сыравіны, зніжэння выдаткаў, паляпшэння якасці, паляпшэння энергіі, падаўжэння тэрміну службы і павышэння трываласці . Знаходжанне высакаякаснай і таннай сыравіны з актываванага вугалю, распрацоўка чыстай і эфектыўнай тэхналогіі вытворчасці актываванага вугалю, а таксама аптымізацыя і рэгуляванне структуры пор актываванага вугалю ў адпаведнасці з рознымі сферамі прымянення будуць важным напрамкам для паляпшэння якасці прадуктаў з актываваным вуглём і прасоўвання якаснае развіццё індустрыі актываванага вугалю.