झरझरा कार्बन छिद्र संरचना का अनुकूलन -Ⅱ

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भौतिक एवं रासायनिक सक्रियण विधि
भौतिक एवं रासायनिक सक्रियण विधि से तात्पर्य उपरोक्त दो सक्रियण विधियों को मिलाकर झरझरा सामग्री तैयार करने की विधि से है। आम तौर पर, पहले रासायनिक सक्रियण किया जाता है, और फिर भौतिक सक्रियण किया जाता है। सबसे पहले सेलूलोज़ को 68% ~ 85% H3PO4 घोल में 85℃ पर 2 घंटे के लिए भिगोएँ, फिर इसे 4 घंटे के लिए मफल भट्टी में कार्बोनाइज़ करें, और फिर इसे CO2 के साथ सक्रिय करें। प्राप्त सक्रिय कार्बन का विशिष्ट सतह क्षेत्र 3700m2·g-1 जितना ऊंचा था। कच्चे माल के रूप में सिसल फाइबर का उपयोग करने का प्रयास करें, और H3PO4 सक्रियण द्वारा प्राप्त सक्रिय कार्बन फाइबर (ACF) को एक बार सक्रिय करें, इसे N2 सुरक्षा के तहत 830℃ तक गर्म करें, और फिर द्वितीयक सक्रियण के लिए एक उत्प्रेरक के रूप में जल वाष्प का उपयोग करें। 60 मिनट के सक्रियण के बाद प्राप्त एसीएफ के विशिष्ट सतह क्षेत्र में काफी सुधार हुआ था।

सक्रिय के छिद्र संरचना प्रदर्शन की विशेषताकार्बन
आमतौर पर उपयोग की जाने वाली सक्रिय कार्बन प्रदर्शन लक्षण वर्णन विधियों और अनुप्रयोग दिशाओं को तालिका 2 में दिखाया गया है। सामग्री की छिद्र संरचना विशेषताओं का परीक्षण दो पहलुओं से किया जा सकता है: डेटा विश्लेषण और छवि विश्लेषण।

सक्रिय कार्बन की छिद्र संरचना अनुकूलन प्रौद्योगिकी की अनुसंधान प्रगति
यद्यपि सक्रिय कार्बन में समृद्ध छिद्र और विशाल विशिष्ट सतह क्षेत्र है, लेकिन कई क्षेत्रों में इसका उत्कृष्ट प्रदर्शन है। हालांकि, इसकी व्यापक कच्चे माल की चयनात्मकता और जटिल तैयारी की स्थिति के कारण, तैयार उत्पादों में आम तौर पर अराजक छिद्र संरचना, विभिन्न विशिष्ट सतह क्षेत्र, अव्यवस्थित छिद्र आकार वितरण और सीमित सतह रासायनिक गुणों के नुकसान होते हैं। इसलिए, आवेदन प्रक्रिया में बड़ी खुराक और संकीर्ण अनुकूलनशीलता जैसे नुकसान हैं, जो बाजार की आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकते हैं। इसलिए, संरचना को अनुकूलित और विनियमित करना और इसके व्यापक उपयोग प्रदर्शन में सुधार करना बहुत व्यावहारिक महत्व है। छिद्र संरचना को अनुकूलित और विनियमित करने के लिए आम तौर पर इस्तेमाल की जाने वाली विधियों में रासायनिक विनियमन, बहुलक सम्मिश्रण और उत्प्रेरक सक्रियण विनियमन शामिल हैं।

रासायनिक विनियमन प्रौद्योगिकी
रासायनिक विनियमन प्रौद्योगिकी रासायनिक अभिकर्मकों के साथ सक्रियण के बाद प्राप्त झरझरा सामग्री के माध्यमिक सक्रियण (संशोधन) की प्रक्रिया को संदर्भित करती है, मूल छिद्रों को नष्ट करती है, माइक्रोप्रोर्स का विस्तार करती है, या सामग्री के विशिष्ट सतह क्षेत्र और छिद्र संरचना को बढ़ाने के लिए नए माइक्रोप्रोर्स का निर्माण करती है। सामान्यतया, छिद्र संरचना को विनियमित करने और विशिष्ट सतह क्षेत्र को बढ़ाने के लिए एक सक्रियण के तैयार उत्पाद को आम तौर पर 0.5 ~ 4 गुना रासायनिक समाधान में डुबोया जाता है। सभी प्रकार के अम्ल और क्षार समाधानों का उपयोग द्वितीयक सक्रियण के लिए अभिकर्मकों के रूप में किया जा सकता है।

एसिड सतह ऑक्सीकरण संशोधन प्रौद्योगिकी
एसिड सतह ऑक्सीकरण संशोधन आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली विनियमन विधि है। उचित तापमान पर, एसिड ऑक्सीडेंट सक्रिय कार्बन के अंदर छिद्रों को समृद्ध कर सकते हैं, इसके छिद्र आकार में सुधार कर सकते हैं और अवरुद्ध छिद्रों को हटा सकते हैं। वर्तमान में, घरेलू और विदेशी अनुसंधान मुख्य रूप से अकार्बनिक एसिड के संशोधन पर केंद्रित है। HN03 आमतौर पर इस्तेमाल किया जाने वाला ऑक्सीडेंट है, और कई विद्वान सक्रिय कार्बन को संशोधित करने के लिए HN03 का उपयोग करते हैं। टोंग ली एट अल. [28] पाया गया कि HN03 सक्रिय कार्बन की सतह पर ऑक्सीजन युक्त और नाइट्रोजन युक्त कार्यात्मक समूहों की सामग्री को बढ़ा सकता है और पारा के सोखने के प्रभाव में सुधार कर सकता है।

सक्रिय कार्बन को HN03 के साथ संशोधित करना, संशोधन के बाद, सक्रिय कार्बन का विशिष्ट सतह क्षेत्र 652m2·g-1 से घटकर 241m2·g-1 हो गया, औसत छिद्र का आकार 1.27nm से बढ़कर 1.641nm हो गया, और बेंज़ोफेनोन की सोखने की क्षमता सिम्युलेटेड गैसोलीन में 33.7% की वृद्धि हुई। क्रमशः HN03 की 10% और 70% मात्रा सांद्रता के साथ लकड़ी सक्रिय कार्बन को संशोधित करना। नतीजे बताते हैं कि 10% HN03 के साथ संशोधित सक्रिय कार्बन का विशिष्ट सतह क्षेत्र 925.45m2·g-1 से बढ़कर 960.52m2·g-1 हो गया; 70% एचएन03 के साथ संशोधन के बाद, विशिष्ट सतह क्षेत्र घटकर 935.89एम2·जी-1 हो गया। HN03 की दो सांद्रता के साथ संशोधित सक्रिय कार्बन द्वारा Cu2+ को हटाने की दर क्रमशः 70% और 90% से ऊपर थी।

सोखना क्षेत्र में उपयोग किए जाने वाले सक्रिय कार्बन के लिए, सोखना प्रभाव न केवल छिद्र संरचना पर बल्कि सोखने वाले की सतह के रासायनिक गुणों पर भी निर्भर करता है। छिद्र संरचना सक्रिय कार्बन के विशिष्ट सतह क्षेत्र और सोखने की क्षमता को निर्धारित करती है, जबकि सतह के रासायनिक गुण सक्रिय कार्बन और सोखने के बीच की बातचीत को प्रभावित करते हैं। अंत में यह पाया गया कि सक्रिय कार्बन का एसिड संशोधन न केवल सक्रिय कार्बन के अंदर छिद्र संरचना को समायोजित कर सकता है और अवरुद्ध छिद्रों को साफ़ कर सकता है, बल्कि सामग्री की सतह पर अम्लीय समूहों की सामग्री को भी बढ़ा सकता है और सतह की ध्रुवीयता और हाइड्रोफिलिसिटी को बढ़ा सकता है। . HCI द्वारा संशोधित सक्रिय कार्बन द्वारा EDTA की सोखने की क्षमता संशोधन से पहले की तुलना में 49.5% बढ़ गई, जो HNO3 संशोधन की तुलना में बेहतर थी।

क्रमशः HNO3 और H2O2 के साथ संशोधित वाणिज्यिक सक्रिय कार्बन! संशोधन के बाद विशिष्ट सतह क्षेत्र क्रमशः संशोधन से पहले के 91.3% और 80.8% थे। सतह पर कार्बोक्सिल, कार्बोनिल और फिनोल जैसे नए ऑक्सीजन युक्त कार्यात्मक समूह जोड़े गए। HNO3 संशोधन द्वारा नाइट्रोबेंजीन की सोखने की क्षमता सबसे अच्छी थी, जो संशोधन से पहले 3.3 गुना थी। यह पाया गया कि एसिड संशोधन के बाद सक्रिय कार्बन में ऑक्सीजन युक्त कार्यात्मक समूहों की सामग्री में वृद्धि के कारण सतह की संख्या में वृद्धि हुई सक्रिय बिंदु, जिसका लक्ष्य अधिशोषक की अधिशोषण क्षमता में सुधार पर सीधा प्रभाव पड़ा।

अकार्बनिक एसिड की तुलना में, सक्रिय कार्बन के कार्बनिक एसिड संशोधन पर कुछ रिपोर्टें हैं। सक्रिय कार्बन के छिद्र संरचना गुणों और मेथनॉल के सोखने पर कार्बनिक अम्ल संशोधन के प्रभावों की तुलना करें। संशोधन के बाद, सक्रिय कार्बन का विशिष्ट सतह क्षेत्र और कुल छिद्र मात्रा कम हो गई। अम्लता जितनी तीव्र होगी, कमी उतनी ही अधिक होगी। ऑक्सालिक एसिड, टार्टरिक एसिड और साइट्रिक एसिड के साथ संशोधन के बाद, सक्रिय कार्बन का विशिष्ट सतह क्षेत्र क्रमशः 898.59m2·g-1 से घटकर 788.03m2·g-1, 685.16m2·g-1 और 622.98m2·g-1 हो गया। हालाँकि, संशोधन के बाद सक्रिय कार्बन की माइक्रोपोरसिटी बढ़ गई। साइट्रिक एसिड के साथ संशोधित सक्रिय कार्बन की माइक्रोपोरसिटी 75.9% से बढ़कर 81.5% हो गई।

ऑक्सालिक एसिड और टार्टरिक एसिड संशोधन मेथनॉल के सोखने के लिए फायदेमंद होते हैं, जबकि साइट्रिक एसिड का निरोधात्मक प्रभाव होता है। हालाँकि, जे.पॉल चेन एट अल। [35] पाया गया कि साइट्रिक एसिड के साथ संशोधित सक्रिय कार्बन तांबे आयनों के सोखने को बढ़ा सकता है। लिन तांग एट अल. [36] फॉर्मिक एसिड, ऑक्सालिक एसिड और एमिनोसल्फोनिक एसिड के साथ संशोधित वाणिज्यिक सक्रिय कार्बन। संशोधन के बाद, विशिष्ट सतह क्षेत्र और छिद्र की मात्रा कम हो गई। तैयार उत्पाद की सतह पर 0-HC-0, C-0 और S=0 जैसे ऑक्सीजन युक्त कार्यात्मक समूह बनाए गए, और असमान नक्काशीदार चैनल और सफेद क्रिस्टल दिखाई दिए। एसीटोन और आइसोप्रोपेनॉल की संतुलन सोखने की क्षमता में भी उल्लेखनीय वृद्धि हुई।

क्षारीय समाधान संशोधन प्रौद्योगिकी
कुछ विद्वानों ने सक्रिय कार्बन पर द्वितीयक सक्रियण करने के लिए क्षारीय घोल का भी उपयोग किया। छिद्र संरचना को नियंत्रित करने के लिए विभिन्न सांद्रता के Na0H समाधान के साथ घर का बना कोयला आधारित सक्रिय कार्बन का संसेचन करें। परिणामों से पता चला कि कम क्षार सांद्रता रोमछिद्रों के बढ़ने और विस्तार के लिए अनुकूल थी। सबसे अच्छा प्रभाव तब प्राप्त हुआ जब द्रव्यमान सांद्रता 20% थी। सक्रिय कार्बन में उच्चतम विशिष्ट सतह क्षेत्र (681m2·g-1) और छिद्र मात्रा (0.5916cm3·g-1) था। जब Na0H की द्रव्यमान सांद्रता 20% से अधिक हो जाती है, तो सक्रिय कार्बन की छिद्र संरचना नष्ट हो जाती है और छिद्र संरचना पैरामीटर कम होने लगते हैं। ऐसा इसलिए है क्योंकि Na0H घोल की उच्च सांद्रता कार्बन कंकाल को संक्षारित कर देगी और बड़ी संख्या में छिद्र नष्ट हो जायेंगे।

पॉलिमर सम्मिश्रण द्वारा उच्च प्रदर्शन सक्रिय कार्बन तैयार करना। अग्रदूत फ़्यूरफ़्यूरल रेज़िन और फ़्यूरफ़्यूरिल अल्कोहल थे, और एथिलीन ग्लाइकॉल छिद्र बनाने वाला एजेंट था। तीन पॉलिमर की सामग्री को समायोजित करके छिद्र संरचना को नियंत्रित किया गया था, और 0.008 और 5 माइक्रोन के बीच छिद्र आकार के साथ एक छिद्रपूर्ण सामग्री प्राप्त की गई थी। कुछ विद्वानों ने साबित किया है कि कार्बन फिल्म प्राप्त करने के लिए पॉलीयूरेथेन-इमाइड फिल्म (पीयूआई) को कार्बोनाइज किया जा सकता है, और पॉलीयूरेथेन (पीयू) प्रीपोलिमर की आणविक संरचना को बदलकर छिद्र संरचना को नियंत्रित किया जा सकता है [41]। जब PUI को 200°C तक गर्म किया जाता है, तो PU और पॉलीमाइड (PI) उत्पन्न होंगे। जब ताप उपचार तापमान 400 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ जाता है, तो पीयू पायरोलिसिस गैस उत्पन्न करता है, जिसके परिणामस्वरूप पीआई फिल्म पर एक छिद्र संरचना का निर्माण होता है। कार्बोनाइजेशन के बाद एक कार्बन फिल्म प्राप्त होती है। इसके अलावा, पॉलिमर सम्मिश्रण विधि सामग्री के कुछ भौतिक और यांत्रिक गुणों में भी कुछ हद तक सुधार कर सकती है

उत्प्रेरक सक्रियण विनियमन प्रौद्योगिकी
उत्प्रेरक सक्रियण विनियमन तकनीक वास्तव में रासायनिक सक्रियण विधि और उच्च तापमान गैस सक्रियण विधि का एक संयोजन है। आम तौर पर, रासायनिक पदार्थों को कच्चे माल में उत्प्रेरक के रूप में जोड़ा जाता है, और उत्प्रेरक का उपयोग झरझरा कार्बन सामग्री प्राप्त करने के लिए कार्बोनाइजेशन या सक्रियण प्रक्रिया में सहायता के लिए किया जाता है। सामान्यतया, धातुओं में आमतौर पर उत्प्रेरक प्रभाव होते हैं, लेकिन उत्प्रेरक प्रभाव भिन्न-भिन्न होते हैं।

वास्तव में, रासायनिक सक्रियण विनियमन और झरझरा सामग्री के उत्प्रेरक सक्रियण विनियमन के बीच आमतौर पर कोई स्पष्ट सीमा नहीं होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि दोनों विधियां कार्बोनाइजेशन और सक्रियण प्रक्रिया के दौरान अभिकर्मकों को जोड़ती हैं। इन अभिकर्मकों की विशिष्ट भूमिका यह निर्धारित करती है कि विधि उत्प्रेरक सक्रियण की श्रेणी से संबंधित है या नहीं।

छिद्रपूर्ण कार्बन सामग्री की संरचना, उत्प्रेरक के भौतिक और रासायनिक गुण, उत्प्रेरक प्रतिक्रिया की स्थिति और उत्प्रेरक लोडिंग विधि सभी विनियमन प्रभाव पर अलग-अलग डिग्री का प्रभाव डाल सकते हैं। कच्चे माल के रूप में बिटुमिनस कोयले, उत्प्रेरक के रूप में Mn(N03)2 और Cu(N03)2 का उपयोग करके धातु ऑक्साइड युक्त छिद्रपूर्ण सामग्री तैयार की जा सकती है। धातु ऑक्साइड की उचित मात्रा सरंध्रता और छिद्र मात्रा में सुधार कर सकती है, लेकिन विभिन्न धातुओं के उत्प्रेरक प्रभाव थोड़े अलग होते हैं। Cu(N03)2 1.5~2.0nm की सीमा में छिद्रों के विकास को बढ़ावा दे सकता है। इसके अलावा, कच्चे माल की राख में निहित धातु ऑक्साइड और अकार्बनिक लवण भी सक्रियण प्रक्रिया में उत्प्रेरक भूमिका निभाएंगे। झी क़ियांग एट अल। [42] माना जाता है कि अकार्बनिक पदार्थ में कैल्शियम और लौह जैसे तत्वों की उत्प्रेरक सक्रियण प्रतिक्रिया छिद्रों के विकास को बढ़ावा दे सकती है। जब इन दो तत्वों की मात्रा बहुत अधिक होती है, तो उत्पाद में मध्यम और बड़े छिद्रों का अनुपात काफी बढ़ जाता है।

निष्कर्ष
यद्यपि सक्रिय कार्बन, सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले हरे झरझरा कार्बन सामग्री के रूप में, उद्योग और जीवन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाई है, फिर भी इसमें कच्चे माल के विस्तार, लागत में कमी, गुणवत्ता में सुधार, ऊर्जा में सुधार, जीवन विस्तार और ताकत में सुधार की काफी संभावनाएं हैं। . उच्च गुणवत्ता वाले और सस्ते सक्रिय कार्बन कच्चे माल की खोज करना, स्वच्छ और कुशल सक्रिय कार्बन उत्पादन तकनीक विकसित करना, और विभिन्न अनुप्रयोग क्षेत्रों के अनुसार सक्रिय कार्बन की छिद्र संरचना को अनुकूलित और विनियमित करना सक्रिय कार्बन उत्पादों की गुणवत्ता में सुधार और प्रचार के लिए एक महत्वपूर्ण दिशा होगी। सक्रिय कार्बन उद्योग का उच्च गुणवत्ता वाला विकास।