بهینه سازی ساختار منافذ کربن متخلخل-Ⅰ

برای اطلاعات و مشاوره محصول به وب سایت ما خوش آمدید.

وب سایت ما:https://www.vet-china.com/

 

این مقاله بازار کربن فعال فعلی را تجزیه و تحلیل می‌کند، تجزیه و تحلیل عمیقی از مواد خام کربن فعال انجام می‌دهد، روش‌های مشخصه ساختار منافذ، روش‌های تولید، عوامل تأثیرگذار و پیشرفت کاربرد کربن فعال را معرفی می‌کند و نتایج تحقیقات کربن فعال را مرور می‌کند. فناوری بهینه‌سازی ساختار منافذ، با هدف ترویج کربن فعال برای ایفای نقش بیشتر در کاربرد فناوری‌های سبز و کم کربن.

تهیه کربن فعال
به طور کلی، تهیه کربن فعال به دو مرحله تقسیم می شود: کربن سازی و فعال سازی

فرآیند کربنیزاسیون
کربنیزاسیون به فرآیند گرم کردن زغال سنگ خام در دمای بالا و تحت حفاظت گاز بی اثر برای تجزیه مواد فرار آن و به دست آوردن محصولات کربن شده میانی اطلاق می شود. کربن سازی می تواند با تنظیم پارامترهای فرآیند به هدف مورد انتظار دست یابد. مطالعات نشان داده‌اند که دمای فعال‌سازی یک پارامتر فرآیند کلیدی است که بر خواص کربن‌شدن تأثیر می‌گذارد. جی کیانگ و همکاران اثر نرخ گرمایش کربن‌سازی را بر عملکرد کربن فعال در کوره صدا خفه کن بررسی کرد و دریافت که نرخ پایین‌تر به بهبود بازده مواد کربنی و تولید مواد با کیفیت بالا کمک می‌کند.

فرآیند فعال سازی
کربن‌سازی می‌تواند باعث شود که مواد خام یک ساختار میکروکریستالی شبیه گرافیت ایجاد کنند و یک ساختار منفذ اولیه ایجاد کنند. با این حال، این منافذ نامنظم یا مسدود می شوند و توسط مواد دیگر بسته می شوند و در نتیجه سطح ویژه کوچکی ایجاد می شود و نیاز به فعال سازی بیشتری دارد. فعال سازی فرآیند غنی سازی بیشتر ساختار منافذ محصول کربنی شده است که عمدتاً از طریق واکنش شیمیایی بین فعال کننده و ماده خام انجام می شود: می تواند باعث تشکیل ساختار میکروکریستالی متخلخل شود.

فعال سازی عمدتاً از سه مرحله در فرآیند غنی سازی منافذ مواد عبور می کند:
(1) باز کردن منافذ بسته اصلی (از طریق منافذ).
(2) بزرگ کردن منافذ اصلی (انبساط منافذ).
(3) تشکیل منافذ جدید (ایجاد منافذ).

این سه اثر به تنهایی انجام نمی شوند، بلکه به طور همزمان و هم افزایی رخ می دهند. به طور کلی، از طریق منافذ و ایجاد منافذ منجر به افزایش تعداد منافذ به ویژه ریز منافذ می شود که برای تهیه مواد متخلخل با تخلخل بالا و سطح ویژه بزرگ مفید است، در حالی که انبساط بیش از حد منافذ باعث ادغام و اتصال منافذ می شود. ریز منافذ را به منافذ بزرگتر تبدیل می کند. بنابراین، برای به دست آوردن مواد کربن فعال با منافذ توسعه یافته و سطح ویژه بزرگ، لازم است از فعال سازی بیش از حد خودداری شود. روش‌های متداول فعال‌سازی کربن فعال شامل روش شیمیایی، روش فیزیکی و روش فیزیکوشیمیایی است.

روش فعال سازی شیمیایی
روش فعال‌سازی شیمیایی به روشی اطلاق می‌شود که با افزودن معرف‌های شیمیایی به مواد اولیه، آنها را با وارد کردن گازهای محافظ مانند N2 و Ar در کوره حرارتی گرم می‌کنند تا همزمان آن‌ها را کربن و فعال کنند. فعال کننده های رایج معمولا NaOH، KOH و H3P04 هستند. روش فعال‌سازی شیمیایی مزایای دمای فعال‌سازی پایین و بازده بالا را دارد، اما مشکلاتی مانند خوردگی زیاد، مشکل در حذف معرف‌های سطحی و آلودگی‌های جدی محیطی را نیز دارد.

روش فعال سازی فیزیکی
روش فعال سازی فیزیکی به کربن کردن مواد خام به طور مستقیم در کوره و سپس واکنش با گازهایی مانند CO2 و H20 وارد شده در دمای بالا برای دستیابی به هدف افزایش منافذ و انبساط منافذ اشاره دارد، اما روش فعال سازی فیزیکی دارای قابلیت کنترل ضعیفی از منافذ است. ساختار در میان آنها، CO2 به طور گسترده ای در تهیه کربن فعال استفاده می شود، زیرا تمیز، آسان و کم هزینه است. از پوسته نارگیل کربنیزه شده به عنوان ماده خام استفاده کنید و آن را با CO2 فعال کنید تا کربن فعال با ریز منافذ توسعه یافته، با مساحت سطح خاص و حجم کل منافذ به ترتیب 1653m2·g-1 و 0.1045cm3·g-1 تهیه شود. عملکرد به استاندارد استفاده از کربن فعال برای خازن های دو لایه رسید.

سنگ لوکوت را با CO2 برای تهیه کربن فوق فعال فعال کنید، پس از فعال سازی در دمای 1100 درجه سانتیگراد به مدت 30 دقیقه، سطح ویژه و حجم کل منافذ به ترتیب به 3500m2·g-1 و 1.84cm3·g-1 رسید. از CO2 برای انجام فعال سازی ثانویه بر روی کربن فعال پوسته نارگیل تجاری استفاده کنید. پس از فعال سازی، ریز منافذ محصول نهایی باریک شد، حجم ریز منافذ از 0.21 سانتی متر مکعب در گرم در گرم به 0.27 سانتی متر مکعب در گرم در 1 افزایش یافت، سطح ویژه از 627.22 m2·g-1 به 822.71 m2·g-1 افزایش یافت. و ظرفیت جذب فنل 23.77 درصد افزایش یافت.

محققان دیگر عوامل کنترل اصلی فرآیند فعال سازی CO2 را مطالعه کرده اند. محمد و همکاران [21] دریافتند که هنگام استفاده از CO2 برای فعال کردن خاک اره لاستیکی، دما عامل اصلی تأثیرگذار است. سطح ویژه، حجم منافذ و ریزتخلخل محصول نهایی ابتدا افزایش و سپس با افزایش دما کاهش یافت. چنگ سونگ و همکاران [22] از روش سطح پاسخ برای تجزیه و تحلیل فرآیند فعال سازی CO2 پوسته مهره ماکادمیا استفاده کرد. نتایج نشان داد که دمای فعال‌سازی و زمان فعال‌سازی بیشترین تأثیر را بر توسعه ریز منافذ کربن فعال دارند.