Optimalizace porézní uhlíkové struktury pórů -Ⅱ

Vítejte na našich webových stránkách pro informace o produktech a konzultace.

Náš web:https://www.vet-china.com/

 

Fyzikální a chemická aktivační metoda

Fyzikální a chemická aktivační metoda se týká způsobu přípravy porézních materiálů kombinací dvou výše uvedených aktivačních metod. Obecně se nejprve provádí chemická aktivace a poté se provádí fyzikální aktivace. Nejprve namočte celulózu do 68%~85% roztoku H3PO4 při 85 °C po dobu 2 hodin, poté ji karbonizovali v muflové peci po dobu 4 hodin a poté ji aktivovali CO2. Specifický povrch získaného aktivního uhlí byl až 3700 m2·g-1. Zkuste použít sisalové vlákno jako surovinu a aktivujte aktivní uhlíkové vlákno (ACF) získané aktivací H3PO4 jednou, zahřejte je na 830℃ pod ochranou N2 a poté použijte vodní páru jako aktivátor pro sekundární aktivaci. Specifický povrch ACF získaný po 60 minutách aktivace se významně zlepšil.

 

Charakterizace výkonu pórové struktury aktivovanýchuhlík

 
Běžně používané metody charakterizace výkonu aktivního uhlí a aplikační směry jsou uvedeny v tabulce 2. Charakteristiky struktury pórů materiálu lze testovat ze dvou hledisek: analýzy dat a analýzy obrazu.

 

Pokrok ve výzkumu technologie optimalizace struktury pórů aktivního uhlí

Přestože má aktivní uhlí bohaté póry a obrovský specifický povrch, má vynikající výkon v mnoha oblastech. Avšak vzhledem ke své široké surovinové selektivitě a složitým podmínkám přípravy mají hotové produkty obecně nevýhody chaotické struktury pórů, různého specifického povrchu, neuspořádané distribuce velikosti pórů a omezených chemických vlastností povrchu. Proto existují nevýhody, jako je velké dávkování a úzká adaptabilita v aplikačním procesu, které nemohou vyhovět požadavkům trhu. Proto má velký praktický význam optimalizovat a regulovat konstrukci a zlepšit její komplexní výkonnost. Běžně používané metody pro optimalizaci a regulaci struktury pórů zahrnují chemickou regulaci, míšení polymerů a regulaci katalytické aktivace.

 

Technologie chemické regulace

Technologie chemické regulace označuje proces sekundární aktivace (modifikace) porézních materiálů získaných po aktivaci chemickými činidly, erozí původních pórů, rozšiřováním mikropórů nebo dalším vytvářením nových mikropórů za účelem zvýšení specifického povrchu a struktury pórů materiálu. Obecně řečeno, hotový produkt jedné aktivace je obecně ponořen do 0,5 až 4násobku chemického roztoku, aby se regulovala struktura pórů a zvětšil se specifický povrch. Jako činidla pro sekundární aktivaci lze použít všechny druhy kyselých a alkalických roztoků.

 

Technologie modifikace kyselé povrchové oxidace

Modifikace kyselé povrchové oxidace je běžně používaná metoda regulace. Při vhodné teplotě mohou kyselé oxidanty obohatit póry uvnitř aktivního uhlí, zlepšit jeho velikost a odstranit ucpané póry. V současnosti se domácí i zahraniční výzkum zaměřuje především na modifikace anorganických kyselin. HN03 je běžně používaný oxidant a mnoho vědců používá HN03 k úpravě aktivního uhlí. Tong Li a kol. [28] zjistili, že HN03 může zvýšit obsah funkčních skupin obsahujících kyslík a dusík na povrchu aktivního uhlí a zlepšit adsorpční účinek rtuti.

Modifikace aktivního uhlí pomocí HN03, po modifikaci se specifický povrch aktivního uhlí snížil z 652 m2·g-1 na 241 m2·g-1, průměrná velikost pórů se zvýšila z 1,27 nm na 1,641 nm a adsorpční kapacita benzofenonu v simulovaném benzínu vzrostl o 33,7 %. Modifikace dřevěného aktivního uhlí s 10% a 70% objemovou koncentrací HN03, resp. Výsledky ukazují, že specifický povrch aktivního uhlí modifikovaného 10% HN03 se zvýšil z 925,45 m2·g-1 na 960,52 m2·g-1; po modifikaci 70% HN03 se specifický povrch snížil na 935,89 m2·g-1. Rychlosti odstraňování Cu2+ aktivním uhlím modifikovaným dvěma koncentracemi HN03 byly nad 70 %, resp. 90 %.

U aktivního uhlí používaného v adsorpční oblasti závisí adsorpční efekt nejen na struktuře pórů, ale také na povrchových chemických vlastnostech adsorbentu. Struktura pórů určuje specifický povrch a adsorpční kapacitu aktivního uhlí, zatímco chemické vlastnosti povrchu ovlivňují interakci mezi aktivním uhlím a adsorbátem. Nakonec bylo zjištěno, že kyselou modifikací aktivního uhlí lze nejen upravit strukturu pórů uvnitř aktivního uhlí a vyčistit zablokované póry, ale také zvýšit obsah kyselých skupin na povrchu materiálu a zvýšit polaritu a hydrofilitu povrchu. . Adsorpční kapacita EDTA aktivním uhlím modifikovaným HC1 se zvýšila o 49,5 % ve srovnání s před modifikací, což bylo lepší než u modifikace HNO3.

Modifikované komerční aktivní uhlí s HNO3 resp. H2O2! Specifické plochy povrchu po modifikaci byly 91,3 % a 80,8 % ploch před modifikací. Na povrch byly přidány nové funkční skupiny obsahující kyslík, jako je karboxyl, karbonyl a fenol. Nejlepší byla adsorpční kapacita nitrobenzenu modifikací HNO3, která byla 3,3krát vyšší než před modifikací. Zjistilo se, že zvýšení obsahu funkčních skupin obsahujících kyslík v aktivním uhlí po modifikaci kyselinou vedlo ke zvýšení počtu povrchů aktivní body, což mělo přímý vliv na zlepšení adsorpční kapacity cílového adsorbátu.

Ve srovnání s anorganickými kyselinami existuje jen málo zpráv o modifikaci aktivního uhlí organickými kyselinami. Porovnejte účinky modifikace organických kyselin na vlastnosti struktury pórů aktivního uhlí a adsorpci methanolu. Po modifikaci se specifický povrch a celkový objem pórů aktivního uhlí snížil. Čím silnější je kyselost, tím větší je pokles. Po modifikaci kyselinou šťavelovou, kyselinou vinnou a kyselinou citrónovou se specifický povrch aktivního uhlí snížil z 898,59 m2·g-1 na 788,03 m2·g-1, 685,16 m2·g-1 a 622,98 m2·g-1, v tomto pořadí. Mikroporéznost aktivního uhlí se však po úpravě zvýšila. Mikroporéznost aktivního uhlí modifikovaného kyselinou citrónovou se zvýšila ze 75,9 % na 81,5 %.

Kyselina šťavelová a modifikace kyseliny vinné jsou prospěšné pro adsorpci methanolu, zatímco kyselina citrónová má inhibiční účinek. Nicméně J. Paul Chen a kol. [35] zjistili, že aktivní uhlí modifikované kyselinou citrónovou může zvýšit adsorpci iontů mědi. Lin Tang a kol. [36] modifikované komerční aktivní uhlí s kyselinou mravenčí, šťavelovou a aminosulfonovou. Po modifikaci se měrný povrch a objem pórů zmenšily. Na povrchu hotového produktu se vytvořily funkční skupiny obsahující kyslík jako 0-HC-0, C-0 a S=0 a objevily se nerovnoměrné vyleptané kanály a bílé krystaly. Rovnovážná adsorpční kapacita acetonu a isopropanolu se také významně zvýšila.

 

Technologie úpravy alkalických roztoků

Někteří vědci také používali alkalický roztok k provedení sekundární aktivace na aktivním uhlí. Impregnujte domácí aktivní uhlí na bázi uhlí roztokem NaOH různých koncentrací pro kontrolu struktury pórů. Výsledky ukázaly, že nižší koncentrace alkálie vedla ke zvětšení pórů a expanzi. Nejlepšího účinku bylo dosaženo při koncentraci hmoty 20 %. Aktivní uhlí mělo nejvyšší specifický povrch (681 m2·g-1) a objem pórů (0,5916 cm3·g-1). Když hmotnostní koncentrace NaOH překročí 20 %, struktura pórů aktivního uhlí je zničena a parametry struktury pórů se začnou snižovat. Vysoká koncentrace roztoku NaOH totiž naruší uhlíkovou kostru a velké množství pórů se zhroutí.

Příprava vysoce výkonného aktivního uhlí míšením polymerů. Prekurzory byly furfuralová pryskyřice a furfurylalkohol a činidlo tvořící póry ethylenglykol. Struktura pórů byla řízena úpravou obsahu tří polymerů a byl získán porézní materiál s velikostí pórů mezi 0,008 a 5 um. Někteří vědci prokázali, že polyuretan-imidový film (PUI) může být karbonizován, aby se získal uhlíkový film, a struktura pórů může být řízena změnou molekulární struktury polyuretanového (PU) prepolymeru [41]. Když se PUI zahřeje na 200 °C, vytvoří se PU a polyimid (PI). Když teplota tepelného zpracování stoupne na 400 °C, PU pyrolýza produkuje plyn, což má za následek vytvoření struktury pórů na PI filmu. Po karbonizaci se získá uhlíkový film. Kromě toho může metoda míšení polymerů také do určité míry zlepšit některé fyzikální a mechanické vlastnosti materiálu

 

Technologie regulace katalytické aktivace

Technologie regulace katalytické aktivace je vlastně kombinací metody chemické aktivace a metody aktivace plynem při vysoké teplotě. Obecně se k surovinám přidávají chemické látky jako katalyzátory a katalyzátory se používají k podpoře procesu karbonizace nebo aktivace k získání porézních uhlíkových materiálů. Obecně řečeno, kovy mají obecně katalytické účinky, ale katalytické účinky se liší.

Ve skutečnosti obvykle neexistuje žádná zřejmá hranice mezi regulací chemické aktivace a regulací katalytické aktivace porézních materiálů. Obě metody totiž přidávají činidla během procesu karbonizace a aktivace. Specifická role těchto činidel určuje, zda metoda patří do kategorie katalytické aktivace.

Struktura samotného porézního uhlíkového materiálu, fyzikální a chemické vlastnosti katalyzátoru, podmínky katalytické reakce a způsob plnění katalyzátoru mohou mít různé stupně vlivu na regulační účinek. Použitím bituminózního uhlí jako suroviny, Mn(N03)2 a Cu(N03)2 jako katalyzátorů lze připravit porézní materiály obsahující oxidy kovů. Vhodné množství oxidů kovů může zlepšit poréznost a objem pórů, ale katalytické účinky různých kovů se mírně liší. Cu(N03)2 může podporovat rozvoj pórů v rozsahu 1,5~2,0nm. Kromě toho oxidy kovů a anorganické soli obsažené v popelu suroviny budou také hrát katalytickou roli v procesu aktivace. Xie Qiang a kol. [42] věřili, že katalytická aktivační reakce prvků, jako je vápník a železo v anorganické látce, může podporovat vývoj pórů. Při příliš vysokém obsahu těchto dvou prvků se výrazně zvyšuje podíl středních a velkých pórů v produktu.

 

Závěr

Přestože aktivní uhlí jako nejrozšířenější zelený porézní uhlíkový materiál hraje důležitou roli v průmyslu a životě, stále má velký potenciál pro zlepšení v expanzi surovin, snížení nákladů, zlepšení kvality, zlepšení energie, prodloužení životnosti a zlepšení pevnosti. . Nalezení vysoce kvalitních a levných surovin aktivního uhlí, vývoj čisté a účinné technologie výroby aktivního uhlí a optimalizace a regulace struktury pórů aktivního uhlí podle různých aplikačních oblastí bude důležitým směrem ke zlepšení kvality produktů s aktivním uhlím a propagaci. vysoce kvalitní rozvoj průmyslu aktivního uhlí.