Optimització de l'estructura de porus de carboni porós -Ⅱ

Benvingut al nostre lloc web per obtenir informació i consulta sobre els productes.

El nostre lloc web:https://www.vet-china.com/

 

Mètode d'activació física i química

El mètode d'activació física i química es refereix al mètode de preparació de materials porosos mitjançant la combinació dels dos mètodes d'activació anteriors. En general, primer es realitza l'activació química i després es realitza l'activació física. En primer lloc, remulleu la cel·lulosa en una solució d'H3PO4 al 68% ~ 85% a 85 ℃ durant 2 hores, després la carbonitzeu-la en un forn de mufla durant 4 hores i després la va activar amb CO2. La superfície específica del carbó actiu obtingut va ser de fins a 3700 m2·g-1. Intenteu utilitzar la fibra de sisal com a matèria primera i activeu la fibra de carbó activat (ACF) obtinguda per l'activació de H3PO4 una vegada, l'escalfeu a 830 ℃ sota protecció de N2 i, a continuació, utilitzeu vapor d'aigua com a activador per a l'activació secundària. La superfície específica d'ACF obtinguda després de 60 minuts d'activació es va millorar significativament.

 

Caracterització del rendiment de l'estructura de porus activatcarboni

 
A la taula 2 es mostren els mètodes de caracterització del rendiment del carbó activat i les direccions d'aplicació habituals. Les característiques de l'estructura de porus del material es poden provar des de dos aspectes: anàlisi de dades i anàlisi d'imatges.

 

Progrés de la investigació de la tecnologia d'optimització de l'estructura de porus de carbó actiu

Tot i que el carbó activat té porus rics i una gran superfície específica, té un rendiment excel·lent en molts camps. Tanmateix, a causa de la seva àmplia selectivitat de matèries primeres i les seves complexes condicions de preparació, els productes acabats generalment tenen els inconvenients d'una estructura de porus caòtica, una superfície específica diferent, una distribució desordenada de la mida dels porus i propietats químiques superficials limitades. Per tant, hi ha desavantatges com ara una gran dosi i una adaptabilitat estreta en el procés d'aplicació, que no poden satisfer els requisits del mercat. Per tant, és de gran importància pràctica optimitzar i regular l'estructura i millorar el seu rendiment d'utilització integral. Els mètodes utilitzats habitualment per optimitzar i regular l'estructura dels porus inclouen la regulació química, la barreja de polímers i la regulació d'activació catalítica.

 

Tecnologia de regulació química

La tecnologia de regulació química es refereix al procés d'activació secundària (modificació) de materials porosos obtinguts després de l'activació amb reactius químics, erosionant els porus originals, expandint els microporus o creant encara nous microporus per augmentar la superfície específica i l'estructura de porus del material. En termes generals, el producte acabat d'una activació generalment es submergeix en 0,5 ~ 4 vegades de solució química per regular l'estructura dels porus i augmentar la superfície específica. Tot tipus de solucions àcids i àlcalis es poden utilitzar com a reactius per a l'activació secundària.

 

Tecnologia de modificació d'oxidació superficial àcida

La modificació de l'oxidació de la superfície àcida és un mètode de regulació d'ús habitual. A una temperatura adequada, els oxidants àcids poden enriquir els porus dins del carbó activat, millorar la seva mida dels porus i dragar els porus bloquejats. Actualment, la investigació nacional i estrangera se centra principalment en la modificació d'àcids inorgànics. HN03 és un oxidant d'ús habitual i molts estudiosos utilitzen HN03 per modificar el carbó activat. Tong Li et al. [28] va trobar que HN03 pot augmentar el contingut de grups funcionals que contenen oxigen i nitrogen a la superfície del carbó activat i millorar l'efecte d'adsorció del mercuri.

Modificant el carbó activat amb HN03, després de la modificació, la superfície específica del carbó activat va disminuir de 652m2·g-1 a 241m2·g-1, la mida mitjana dels porus va augmentar d'1.27nm a 1.641nm i la capacitat d'adsorció de la benzofenona en la gasolina simulada va augmentar un 33,7%. Modificació de carbó activat de fusta amb un 10% i un 70% de concentració en volum d'HN03, respectivament. Els resultats mostren que la superfície específica de carbó actiu modificat amb un 10% d'HN03 va augmentar de 925,45 m2·g-1 a 960,52 m2·g-1; després de la modificació amb un 70% de HN03, la superfície específica va disminuir fins a 935,89 m2·g-1. Les taxes d'eliminació de Cu2+ pel carbó actiu modificat amb dues concentracions de HN03 van ser superiors al 70% i al 90%, respectivament.

Per al carbó activat utilitzat en el camp d'adsorció, l'efecte d'adsorció depèn no només de l'estructura dels porus, sinó també de les propietats químiques superficials de l'adsorbent. L'estructura dels porus determina la superfície específica i la capacitat d'adsorció del carbó activat, mentre que les propietats químiques superficials afecten la interacció entre el carbó activat i l'adsorbat. Finalment, es va trobar que la modificació àcida del carbó activat no només pot ajustar l'estructura dels porus dins del carbó activat i netejar els porus bloquejats, sinó que també augmenta el contingut de grups àcids a la superfície del material i millora la polaritat i la hidrofilicitat de la superfície. . La capacitat d'adsorció de l'EDTA per carbó actiu modificat per HCI va augmentar un 49,5% en comparació amb la d'abans de la modificació, que era millor que la de la modificació de HNO3.

Carbó actiu comercial modificat amb HNO3 i H2O2 respectivament! Les superfícies específiques després de la modificació eren el 91,3% i el 80,8% de les anteriors a la modificació, respectivament. Es van afegir a la superfície nous grups funcionals que contenien oxigen com el carboxil, el carbonil i el fenol. La capacitat d'adsorció del nitrobenzè per modificació de HNO3 va ser la millor, que va ser 3,3 vegades més gran que abans de la modificació. Es troba que l'augment del contingut de grups funcionals que contenen oxigen en carbó actiu després de la modificació d'àcid va provocar un augment del nombre de superfícies. punts actius, que van tenir un efecte directe en la millora de la capacitat d'adsorció de l'adsorbat objectiu.

En comparació amb els àcids inorgànics, hi ha pocs informes sobre la modificació de l'àcid orgànic del carbó actiu. Compareu els efectes de la modificació de l'àcid orgànic sobre les propietats de l'estructura dels porus del carbó activat i l'adsorció de metanol. Després de la modificació, la superfície específica i el volum total de porus de carbó actiu van disminuir. Com més forta és l'acidesa, més gran és la disminució. Després de la modificació amb àcid oxàlic, àcid tartàric i àcid cítric, la superfície específica del carbó actiu va disminuir de 898,59 m2·g-1 a 788,03m2·g-1, 685,16m2·g-1 i 622,98m2·g-1 respectivament. Tanmateix, la microporositat del carbó actiu va augmentar després de la modificació. La microporositat del carbó actiu modificat amb àcid cítric va augmentar del 75,9% al 81,5%.

L'àcid oxàlic i la modificació de l'àcid tartàric són beneficiosos per a l'adsorció de metanol, mentre que l'àcid cítric té un efecte inhibidor. Tanmateix, J.Paul Chen et al. [35] van trobar que el carbó activat modificat amb àcid cítric pot millorar l'adsorció dels ions de coure. Lin Tang et al. [36] carbó actiu comercial modificat amb àcid fòrmic, àcid oxàlic i àcid aminosulfònic. Després de la modificació, es va reduir la superfície específica i el volum de porus. A la superfície del producte acabat es van formar grups funcionals que contenen oxigen com ara 0-HC-0, C-0 i S=0 i van aparèixer canals gravats desiguals i cristalls blancs. La capacitat d'adsorció d'equilibri de l'acetona i l'isopropanol també va augmentar significativament.

 

Tecnologia de modificació de solucions alcalines

Alguns estudiosos també van utilitzar una solució alcalina per dur a terme l'activació secundària del carbó activat. Impregneu carbó actiu casolà a base de carbó amb una solució de Na0H de diferents concentracions per controlar l'estructura dels porus. Els resultats van mostrar que una concentració d'àlcali més baixa era favorable a l'augment i l'expansió dels porus. El millor efecte es va aconseguir quan la concentració de massa era del 20%. El carbó actiu tenia la superfície específica més alta (681 m2·g-1) i el volum de porus (0,5916cm3·g-1). Quan la concentració de massa de Na0H supera el 20%, l'estructura de porus del carbó actiu es destrueix i els paràmetres de l'estructura de porus comencen a disminuir. Això es deu al fet que l'alta concentració de solució de Na0H corroirà l'esquelet de carboni i es col·lapsarà un gran nombre de porus.

Preparació de carbó actiu d'alt rendiment mitjançant la barreja de polímers. Els precursors eren la resina furfural i l'alcohol furfurílic, i l'etilenglicol era l'agent de formació de porus. L'estructura de porus es va controlar ajustant el contingut dels tres polímers i es va obtenir un material porós amb una mida de porus entre 0,008 i 5 μm. Alguns estudiosos han demostrat que la pel·lícula de poliuretà-imida (PUI) es pot carbonitzar per obtenir una pel·lícula de carboni i l'estructura dels porus es pot controlar canviant l'estructura molecular del prepolímer de poliuretà (PU) [41]. Quan la PUI s'escalfa a 200 °C, es generarà PU i poliimida (PI). Quan la temperatura del tractament tèrmic augmenta a 400 ° C, la piròlisi de PU produeix gas, donant lloc a la formació d'una estructura de porus a la pel·lícula PI. Després de la carbonització, s'obté una pel·lícula de carboni. A més, el mètode de barreja de polímers també pot millorar algunes propietats físiques i mecàniques del material fins a cert punt.

 

Tecnologia de regulació d'activació catalítica

La tecnologia de regulació d'activació catalítica és en realitat una combinació del mètode d'activació química i el mètode d'activació de gas a alta temperatura. En general, s'afegeixen substàncies químiques a les matèries primeres com a catalitzadors, i els catalitzadors s'utilitzen per ajudar al procés de carbonització o activació per obtenir materials de carboni porosos. En termes generals, els metalls generalment tenen efectes catalítics, però els efectes catalítics varien.

De fet, normalment no hi ha cap límit evident entre la regulació d'activació química i la regulació d'activació catalítica dels materials porosos. Això es deu al fet que ambdós mètodes afegeixen reactius durant el procés de carbonització i activació. El paper específic d'aquests reactius determina si el mètode pertany a la categoria d'activació catalítica.

L'estructura del propi material de carboni porós, les propietats físiques i químiques del catalitzador, les condicions de reacció catalítica i el mètode de càrrega del catalitzador poden tenir diferents graus d'influència en l'efecte de regulació. Utilitzant carbó bituminós com a matèria primera, el Mn(N03)2 i el Cu(N03)2 com a catalitzadors poden preparar materials porosos que contenen òxids metàl·lics. La quantitat adequada d'òxids metàl·lics pot millorar la porositat i el volum de porus, però els efectes catalítics de diferents metalls són lleugerament diferents. Cu (N03) 2 pot promoure el desenvolupament de porus en el rang d'1,5 ~ 2,0 nm. A més, els òxids metàl·lics i les sals inorgàniques contingudes a la cendra de la matèria primera també tindran un paper catalític en el procés d'activació. Xie Qiang et al. [42] creien que la reacció d'activació catalítica d'elements com el calci i el ferro en matèria inorgànica pot promoure el desenvolupament dels porus. Quan el contingut d'aquests dos elements és massa elevat, la proporció de porus mitjans i grans del producte augmenta significativament.

 

Conclusió

Tot i que el carbó activat, com el material de carboni porós verd més utilitzat, ha jugat un paper important en la indústria i la vida, encara té un gran potencial per millorar l'expansió de les matèries primeres, la reducció de costos, la millora de la qualitat, la millora energètica, l'extensió de la vida útil i la millora de la resistència. . Trobar matèries primeres de carbó activat d'alta qualitat i barates, desenvolupar una tecnologia de producció de carbó activat neta i eficient i optimitzar i regular l'estructura de porus del carbó activat segons els diferents camps d'aplicació serà una direcció important per millorar la qualitat dels productes de carbó activat i promoure. el desenvolupament d'alta qualitat de la indústria del carbó actiu.