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Dieser Artikel analysiert den aktuellen Aktivkohlemarkt, führt eine eingehende Analyse der Rohstoffe von Aktivkohle durch, stellt die Methoden zur Charakterisierung der Porenstruktur, Produktionsmethoden, Einflussfaktoren und Anwendungsfortschritte von Aktivkohle vor und gibt einen Überblick über die Forschungsergebnisse von Aktivkohle Technologie zur Optimierung der Porenstruktur mit dem Ziel, Aktivkohle zu fördern, um eine größere Rolle bei der Anwendung grüner und kohlenstoffarmer Technologien zu spielen.
Herstellung von Aktivkohle
Generell gliedert sich die Herstellung von Aktivkohle in zwei Stufen: Karbonisierung und Aktivierung
Karbonisierungsprozess
Unter Karbonisierung versteht man den Prozess des Erhitzens der Rohkohle auf hohe Temperaturen unter dem Schutz von Inertgas, um ihre flüchtigen Bestandteile zu zersetzen und karbonisierte Zwischenprodukte zu erhalten. Durch Anpassung der Prozessparameter kann die Karbonisierung das erwartete Ziel erreichen. Studien haben gezeigt, dass die Aktivierungstemperatur ein wichtiger Prozessparameter ist, der die Karbonisierungseigenschaften beeinflusst. Jie Qiang et al. untersuchten die Auswirkung der Karbonisierungsheizrate auf die Leistung von Aktivkohle in einem Muffelofen und stellten fest, dass eine niedrigere Rate dazu beiträgt, die Ausbeute an karbonisierten Materialien zu verbessern und hochwertige Materialien herzustellen.
Aktivierungsprozess
Durch Karbonisierung können die Rohstoffe eine mikrokristalline Struktur ähnlich dem Graphit bilden und eine primäre Porenstruktur erzeugen. Allerdings sind diese Poren durch andere Substanzen ungeordnet oder verstopft und verschlossen, was zu einer kleinen spezifischen Oberfläche führt und eine weitere Aktivierung erfordert. Bei der Aktivierung handelt es sich um den Prozess der weiteren Anreicherung der Porenstruktur des karbonisierten Produkts, der hauptsächlich durch die chemische Reaktion zwischen dem Aktivator und dem Rohmaterial erfolgt: Er kann die Bildung einer porösen mikrokristallinen Struktur fördern.
Die Aktivierung durchläuft im Prozess der Anreicherung der Poren des Materials im Wesentlichen drei Phasen:
(1) Öffnen der ursprünglich geschlossenen Poren (durch Poren);
(2) Vergrößerung der ursprünglichen Poren (Porenerweiterung);
(3) Bildung neuer Poren (Porenbildung);
Diese drei Effekte wirken nicht allein, sondern treten gleichzeitig und synergetisch auf. Im Allgemeinen tragen Durchgangsporen und Porenbildung dazu bei, die Anzahl der Poren, insbesondere der Mikroporen, zu erhöhen, was für die Herstellung poröser Materialien mit hoher Porosität und großer spezifischer Oberfläche von Vorteil ist, während eine übermäßige Porenausdehnung dazu führt, dass die Poren verschmelzen und sich verbinden , wodurch Mikroporen in größere Poren umgewandelt werden. Um Aktivkohlematerialien mit ausgeprägten Poren und großer spezifischer Oberfläche zu erhalten, ist es daher notwendig, eine übermäßige Aktivierung zu vermeiden. Zu den häufig verwendeten Aktivkohleaktivierungsmethoden gehören chemische Methoden, physikalische Methoden und physikalisch-chemische Methoden.
Chemische Aktivierungsmethode
Bei der chemischen Aktivierungsmethode werden den Rohstoffen chemische Reagenzien zugesetzt und diese dann durch Einleiten von Schutzgasen wie N2 und Ar in einen Heizofen erhitzt, um sie gleichzeitig zu karbonisieren und zu aktivieren. Häufig verwendete Aktivatoren sind im Allgemeinen NaOH, KOH und H3P04. Die chemische Aktivierungsmethode hat die Vorteile einer niedrigen Aktivierungstemperatur und einer hohen Ausbeute, weist jedoch auch Probleme wie starke Korrosion, Schwierigkeiten bei der Entfernung von Oberflächenreagenzien und schwere Umweltverschmutzung auf.
Physikalische Aktivierungsmethode
Bei der physikalischen Aktivierungsmethode werden die Rohstoffe direkt im Ofen karbonisiert und dann mit Gasen wie CO2 und H20 reagiert, die bei hoher Temperatur eingeführt werden, um den Zweck der Porenvergrößerung und Porenerweiterung zu erreichen. Die physikalische Aktivierungsmethode weist jedoch eine schlechte Kontrollierbarkeit der Poren auf Struktur. Unter anderem wird CO2 häufig bei der Herstellung von Aktivkohle verwendet, da es sauber, leicht erhältlich und kostengünstig ist. Verwenden Sie karbonisierte Kokosnussschalen als Rohmaterial und aktivieren Sie diese mit CO2, um Aktivkohle mit entwickelten Mikroporen herzustellen, mit einer spezifischen Oberfläche und einem Gesamtporenvolumen von 1653 m2·g-1 bzw. 0,1045 cm3·g-1. Die Leistung erreichte den Einsatzstandard von Aktivkohle für Doppelschichtkondensatoren.
Aktivieren Sie Wollmispelstein mit CO2, um Superaktivkohle herzustellen. Nach 30-minütiger Aktivierung bei 1100℃ erreichten die spezifische Oberfläche und das Gesamtporenvolumen bis zu 3500 m2·g-1 bzw. 1,84 cm3·g-1. Verwenden Sie CO2, um eine sekundäre Aktivierung von handelsüblicher Kokosnussschalen-Aktivkohle durchzuführen. Nach der Aktivierung wurden die Mikroporen des fertigen Produkts verengt, das Mikroporenvolumen erhöhte sich von 0,21 cm3·g-1 auf 0,27 cm3·g-1, die spezifische Oberfläche erhöhte sich von 627,22 m2·g-1 auf 822,71 m2·g-1 und die Adsorptionskapazität von Phenol wurde um 23,77 % erhöht.
Andere Wissenschaftler haben die wichtigsten Kontrollfaktoren des CO2-Aktivierungsprozesses untersucht. Mohammad et al. [21] fanden heraus, dass die Temperatur der Haupteinflussfaktor ist, wenn CO2 zur Aktivierung von Gummisägemehl verwendet wird. Die spezifische Oberfläche, das Porenvolumen und die Mikroporosität des fertigen Produkts nahmen mit steigender Temperatur zunächst zu und dann ab. Cheng Song et al. [22] nutzten die Response-Surface-Methode, um den CO2-Aktivierungsprozess von Macadamianussschalen zu analysieren. Die Ergebnisse zeigten, dass die Aktivierungstemperatur und die Aktivierungszeit den größten Einfluss auf die Entwicklung von Aktivkohle-Mikroporen haben.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 27. August 2024