بهینه سازی ساختار منافذ کربن متخلخل -Ⅱ

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

وب سایت ما:https://www.vet-china.com/

 

روش فعال سازی فیزیکی و شیمیایی

روش فعال سازی فیزیکی و شیمیایی به روش تهیه مواد متخلخل با ترکیب دو روش فعال سازی فوق اشاره دارد. به طور کلی ابتدا فعال سازی شیمیایی و سپس فعال سازی فیزیکی انجام می شود. ابتدا سلولز را در محلول 68 تا 85 درصد H3PO4 در دمای 85 درجه سانتیگراد به مدت 2 ساعت خیس کنید، سپس آن را به مدت 4 ساعت در کوره صدا خفه کن کربن کرده و سپس با CO2 فعال کنید. سطح ویژه کربن فعال به دست آمده به اندازه 3700m2·g-1 بود. سعی کنید از فیبر سیزال به عنوان ماده خام استفاده کنید و فیبر کربن فعال (ACF) را که با فعال سازی H3PO4 به دست می آید یک بار فعال کنید، آن را تا دمای 830 درجه سانتیگراد تحت حفاظت N2 گرم کنید و سپس از بخار آب به عنوان یک فعال کننده برای فعال سازی ثانویه استفاده کنید. سطح ویژه ACF به دست آمده پس از 60 دقیقه فعال سازی به طور قابل توجهی بهبود یافته است.

 

خصوصیات عملکرد ساختار منافذ فعال شدهکربن

 
روش‌های مشخص‌سازی عملکرد کربن فعال که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند و جهت‌های کاربرد در جدول 2 نشان داده شده‌اند. ویژگی‌های ساختار منفذی ماده را می‌توان از دو جنبه آزمایش کرد: تجزیه و تحلیل داده‌ها و تجزیه و تحلیل تصویر.

 

پیشرفت تحقیق فناوری بهینه سازی ساختار منافذ کربن فعال

اگرچه کربن فعال دارای منافذ غنی و سطح ویژه بزرگ است، اما عملکرد عالی در بسیاری از زمینه ها دارد. با این حال، به دلیل گزینش مواد خام گسترده و شرایط آماده سازی پیچیده، محصولات نهایی عموماً دارای معایب ساختار منافذ آشفته، سطح ویژه متفاوت، توزیع اندازه منافذ نامنظم و خواص شیمیایی سطح محدود هستند. بنابراین، معایبی مانند دوز زیاد و سازگاری باریک در فرآیند کاربرد وجود دارد که نمی تواند نیازهای بازار را برآورده کند. بنابراین، بهینه سازی و تنظیم سازه و بهبود عملکرد بهره برداری جامع آن از اهمیت عملی زیادی برخوردار است. روش‌های رایج مورد استفاده برای بهینه‌سازی و تنظیم ساختار منافذ شامل تنظیم شیمیایی، ترکیب پلیمر و تنظیم فعال‌سازی کاتالیزوری است.

 

فناوری تنظیم مواد شیمیایی

فناوری تنظیم شیمیایی به فرآیند فعال‌سازی ثانویه (اصلاح) مواد متخلخل که پس از فعال‌سازی با معرف‌های شیمیایی، فرسایش منافذ اصلی، گسترش ریز منافذ، یا ایجاد بیشتر ریزمنافذ جدید برای افزایش سطح ویژه و ساختار منافذ ماده به‌دست می‌آید، اطلاق می‌شود. به طور کلی، محصول نهایی یک فعال سازی به طور کلی در 0.5 تا 4 بار محلول شیمیایی غوطه ور می شود تا ساختار منافذ را تنظیم کند و سطح ویژه را افزایش دهد. انواع محلول های اسیدی و قلیایی را می توان به عنوان معرف برای فعال سازی ثانویه استفاده کرد.

 

تکنولوژی اصلاح اکسیداسیون سطح اسیدی

اصلاح اکسیداسیون سطح اسیدی یک روش تنظیم رایج است. در دمای مناسب، اکسیدان های اسیدی می توانند منافذ داخل کربن فعال را غنی کنند، اندازه منافذ آن را بهبود بخشند و منافذ مسدود شده را لایروبی کنند. در حال حاضر، تحقیقات داخلی و خارجی عمدتاً بر اصلاح اسیدهای معدنی متمرکز است. HN03 یک اکسیدان رایج است و بسیاری از محققان از HN03 برای اصلاح کربن فعال استفاده می کنند. تانگ لی و همکاران [28] دریافتند که HN03 می تواند محتوای گروه های عاملی حاوی اکسیژن و نیتروژن را در سطح کربن فعال افزایش دهد و اثر جذب جیوه را بهبود بخشد.

با اصلاح کربن فعال با HN03، پس از اصلاح، سطح ویژه کربن فعال از 652 m2·g-1 به 241m2·g-1 کاهش یافت، اندازه متوسط ​​منافذ از 1.27nm به 1.641nm افزایش یافت و ظرفیت جذب بنزوفنون افزایش یافت. در بنزین شبیه سازی شده 33.7 درصد افزایش یافت. اصلاح کربن فعال چوب با غلظت حجمی 10% و 70% HN03 به ترتیب. نتایج نشان می دهد که سطح ویژه کربن فعال اصلاح شده با 10% HN03 از 925.45m2·g-1 به 960.52m2·g-1 افزایش یافته است. پس از اصلاح با 70% HN03، سطح ویژه به 935.89m2·g-1 کاهش یافت. نرخ حذف Cu2+ توسط کربن فعال اصلاح شده با دو غلظت HN03 به ترتیب بالای 70% و 90% بود.

برای کربن فعال مورد استفاده در زمینه جذب، اثر جذب نه تنها به ساختار منافذ بلکه به خواص شیمیایی سطح جاذب نیز بستگی دارد. ساختار منافذ سطح ویژه و ظرفیت جذب کربن فعال را تعیین می کند، در حالی که ویژگی های شیمیایی سطح بر تعامل بین کربن فعال و مواد جذبی تأثیر می گذارد. در نهایت مشخص شد که اصلاح اسیدی کربن فعال نه تنها می تواند ساختار منافذ داخل کربن فعال را تنظیم کند و منافذ مسدود شده را پاک کند، بلکه محتوای گروه های اسیدی را در سطح ماده افزایش داده و قطبیت و آب دوستی سطح را افزایش می دهد. . ظرفیت جذب EDTA توسط کربن فعال اصلاح شده توسط HCI در مقایسه با قبل از اصلاح، که بهتر از اصلاح HNO3 بود، 49.5٪ افزایش یافت.

کربن فعال تجاری اصلاح شده با HNO3 و H2O2 به ترتیب! سطح ویژه پس از اصلاح به ترتیب 91.3 و 80.8 درصد از سطوح قبل از اصلاح بود. گروه های عاملی جدید حاوی اکسیژن مانند کربوکسیل، کربونیل و فنل به سطح اضافه شدند. ظرفیت جذب نیتروبنزن با اصلاح HNO3 بهترین بود که 3.3 برابر قبل از اصلاح بود. مشخص شده است که افزایش محتوای گروه های عاملی حاوی اکسیژن در کربن فعال پس از اصلاح اسید منجر به افزایش تعداد سطوح شده است. نقاط فعال، که تأثیر مستقیمی بر بهبود ظرفیت جذب جاذب هدف داشتند.

در مقایسه با اسیدهای معدنی، گزارش های کمی در مورد اصلاح اسید آلی کربن فعال وجود دارد. اثرات اصلاح اسید آلی را بر خواص ساختار منافذ کربن فعال و جذب متانول مقایسه کنید. پس از اصلاح، سطح ویژه و حجم منافذ کل کربن فعال کاهش یافت. هر چه اسیدیته قوی تر باشد، کاهش بیشتر می شود. پس از اصلاح با اسید اگزالیک، اسید تارتاریک و اسید سیتریک، سطح ویژه کربن فعال از 898.59m2·g-1 به 788.03m2·g-1، 685.16m2·g-1 و 622.98m2·g-1 به ترتیب کاهش یافت. با این حال، microporosity کربن فعال پس از اصلاح افزایش یافته است. ریز تخلخل کربن فعال اصلاح شده با اسید سیتریک از 75.9٪ به 81.5٪ افزایش یافت.

اصلاح اسید اگزالیک و اسید تارتاریک برای جذب متانول مفید است، در حالی که اسید سیتریک اثر مهاری دارد. با این حال، J.Paul Chen و همکاران. [35] دریافتند که کربن فعال اصلاح شده با اسید سیتریک می تواند جذب یون های مس را افزایش دهد. لین تانگ و همکاران [36] کربن فعال تجاری اصلاح شده با اسید فرمیک، اسید اگزالیک و اسید آمینه سولفونیک. پس از اصلاح، سطح ویژه و حجم منافذ کاهش یافت. گروه های عاملی حاوی اکسیژن مانند 0-HC-0، C-0 و S=0 بر روی سطح محصول نهایی تشکیل شد و کانال های حکاکی ناهموار و کریستال های سفید ظاهر شد. ظرفیت جذب تعادلی استون و ایزوپروپانول نیز به طور قابل توجهی افزایش یافت.

 

تکنولوژی اصلاح محلول قلیایی

برخی از محققان همچنین از محلول قلیایی برای انجام فعال سازی ثانویه بر روی کربن فعال استفاده کردند. برای کنترل ساختار منافذ، کربن فعال مبتنی بر زغال سنگ خانگی را با محلول Na0H با غلظت های مختلف آغشته کنید. نتایج نشان داد که غلظت کمتر قلیایی منجر به افزایش و انبساط منافذ می شود. بهترین اثر زمانی حاصل شد که غلظت جرمی 20 درصد بود. کربن فعال بالاترین سطح ویژه (681m2·g-1) و حجم منافذ (0.5916cm3·g-1) را داشت. هنگامی که غلظت جرمی Na0H از 20% بیشتر شود، ساختار منافذ کربن فعال از بین می رود و پارامترهای ساختار منافذ شروع به کاهش می کنند. این به این دلیل است که غلظت بالای محلول Na0H باعث خوردگی اسکلت کربن می شود و تعداد زیادی از منافذ فرو می ریزند.

تهیه کربن فعال با کارایی بالا با ترکیب پلیمر. پیش سازها رزین فورفورال و فورفوریل الکل بودند و اتیلن گلیکول عامل تشکیل منافذ بود. ساختار منافذ با تنظیم محتوای سه پلیمر کنترل شد و یک ماده متخلخل با اندازه منافذ بین 0.008 و 5 میکرومتر به دست آمد. برخی از محققان ثابت کرده اند که فیلم پلی یورتان-ایمید (PUI) می تواند برای به دست آوردن فیلم کربن کربنیزه شود و ساختار منافذ را می توان با تغییر ساختار مولکولی پیش پلیمر پلی اورتان (PU) کنترل کرد [41]. هنگامی که PUI تا 200 درجه سانتیگراد گرم می شود، PU و پلی آمید (PI) تولید می شود. هنگامی که دمای عملیات حرارتی به 400 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، تجزیه در اثر حرارت PU گاز تولید می کند و در نتیجه ساختار منفذی روی فیلم PI ایجاد می شود. پس از کربن شدن، یک فیلم کربنی به دست می آید. علاوه بر این، روش اختلاط پلیمری نیز می تواند برخی از خواص فیزیکی و مکانیکی مواد را تا حد معینی بهبود بخشد

 

فناوری تنظیم فعال سازی کاتالیزوری

فناوری تنظیم فعال‌سازی کاتالیزوری در واقع ترکیبی از روش فعال‌سازی شیمیایی و روش فعال‌سازی گاز در دمای بالا است. به طور کلی، مواد شیمیایی به عنوان کاتالیزور به مواد خام اضافه می‌شوند و کاتالیزورها برای کمک به فرآیند کربن‌سازی یا فعال‌سازی برای به دست آوردن مواد کربن متخلخل استفاده می‌شوند. به طور کلی، فلزات به طور کلی دارای اثرات کاتالیزوری هستند، اما اثرات کاتالیزوری متفاوت است.

در واقع، معمولاً مرز مشخصی بین تنظیم فعال‌سازی شیمیایی و تنظیم فعال‌سازی کاتالیزوری مواد متخلخل وجود ندارد. این به این دلیل است که هر دو روش در طول فرآیند کربن‌سازی و فعال‌سازی، معرف‌ها را اضافه می‌کنند. نقش خاص این معرف ها تعیین می کند که آیا روش به دسته فعال سازی کاتالیزوری تعلق دارد یا خیر.

ساختار خود ماده کربن متخلخل، خواص فیزیکی و شیمیایی کاتالیزور، شرایط واکنش کاتالیزوری و روش بارگذاری کاتالیزور، همگی می توانند درجات متفاوتی بر اثر تنظیم تأثیر بگذارند. استفاده از زغال سنگ قیر به عنوان ماده خام، منگنز(N03)2 و مس(N03)2 به عنوان کاتالیزور می تواند مواد متخلخل حاوی اکسیدهای فلزی را تهیه کند. مقدار مناسب اکسیدهای فلزی می تواند تخلخل و حجم منافذ را بهبود بخشد، اما اثرات کاتالیزوری فلزات مختلف کمی متفاوت است. Cu (N03)2 می تواند توسعه منافذ را در محدوده 1.5 ~ 2.0nm ترویج کند. علاوه بر این، اکسیدهای فلزی و نمک های معدنی موجود در خاکستر مواد خام نیز نقش کاتالیزوری در فرآیند فعال سازی خواهند داشت. ژی کیانگ و همکاران [42] معتقد بودند که واکنش فعال‌سازی کاتالیزوری عناصری مانند کلسیم و آهن در مواد معدنی می‌تواند باعث توسعه منافذ شود. زمانی که محتوای این دو عنصر خیلی زیاد باشد، نسبت منافذ متوسط ​​و بزرگ در محصول به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

 

نتیجه گیری

اگرچه کربن فعال به عنوان پرکاربردترین ماده کربن متخلخل سبز، نقش مهمی در صنعت و زندگی ایفا کرده است، اما همچنان پتانسیل زیادی برای بهبود در گسترش مواد خام، کاهش هزینه، بهبود کیفیت، بهبود انرژی، افزایش طول عمر و بهبود استحکام دارد. . یافتن مواد اولیه کربن اکتیو با کیفیت و ارزان، توسعه فناوری تولید کربن فعال پاک و کارآمد و بهینه سازی و تنظیم ساختار منفذی کربن فعال با توجه به زمینه های کاربردی مختلف، جهت گیری مهمی برای بهبود کیفیت محصولات کربن فعال و ارتقاء آن خواهد بود. توسعه با کیفیت بالا صنعت کربن فعال.