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Questo documento analizza l'attuale mercato del carbone attivo, conduce un'analisi approfondita delle materie prime del carbone attivo, introduce i metodi di caratterizzazione della struttura dei pori, i metodi di produzione, i fattori che influenzano e il progresso dell'applicazione del carbone attivo ed esamina i risultati della ricerca sul carbone attivo tecnologia di ottimizzazione della struttura dei pori, con l'obiettivo di promuovere il carbone attivo affinché svolga un ruolo maggiore nell'applicazione di tecnologie verdi e a basse emissioni di carbonio.
Preparazione del carbone attivo
In generale, la preparazione del carbone attivo si divide in due fasi: carbonizzazione e attivazione
Processo di carbonizzazione
La carbonizzazione si riferisce al processo di riscaldamento del carbone grezzo ad alta temperatura sotto la protezione di gas inerte per decomporre la sua materia volatile e ottenere prodotti carbonizzati intermedi. La carbonizzazione può raggiungere l'obiettivo previsto regolando i parametri del processo. Gli studi hanno dimostrato che la temperatura di attivazione è un parametro di processo chiave che influenza le proprietà di carbonizzazione. Jie Qiang et al. hanno studiato l'effetto della velocità di riscaldamento della carbonizzazione sulle prestazioni del carbone attivo in un forno a muffola e hanno scoperto che una velocità inferiore aiuta a migliorare la resa dei materiali carbonizzati e a produrre materiali di alta qualità.
Processo di attivazione
La carbonizzazione può far sì che le materie prime formino una struttura microcristallina simile alla grafite e generino una struttura porosa primaria. Tuttavia, questi pori sono disordinati o bloccati e chiusi da altre sostanze, risultando in una piccola area superficiale specifica e richiedendo un'ulteriore attivazione. L'attivazione è il processo di arricchimento ulteriore della struttura dei pori del prodotto carbonizzato, che viene effettuato principalmente attraverso la reazione chimica tra l'attivatore e la materia prima: può favorire la formazione di una struttura microcristallina porosa.
L'attivazione passa principalmente attraverso tre fasi nel processo di arricchimento dei pori del materiale:
(1) Apertura dei pori chiusi originali (attraverso i pori);
(2) Allargamento dei pori originali (espansione dei pori);
(3) Formazione di nuovi pori (creazione di pori);
Questi tre effetti non si realizzano da soli, ma si verificano simultaneamente e sinergicamente. In generale, i pori passanti e la creazione di pori favoriscono l'aumento del numero di pori, in particolare i micropori, il che è vantaggioso per la preparazione di materiali porosi con elevata porosità e ampia area superficiale specifica, mentre un'eccessiva espansione dei pori causerà la fusione e la connessione dei pori , convertendo i micropori in pori più grandi. Pertanto, per ottenere materiali di carbone attivo con pori sviluppati e ampia superficie specifica, è necessario evitare un'eccessiva attivazione. I metodi di attivazione del carbone attivo comunemente usati includono il metodo chimico, il metodo fisico e il metodo fisico-chimico.
Metodo di attivazione chimica
Il metodo di attivazione chimica si riferisce a un metodo di aggiunta di reagenti chimici alle materie prime e quindi di riscaldamento mediante l'introduzione di gas protettivi come N2 e Ar in un forno di riscaldamento per carbonizzarli e attivarli allo stesso tempo. Gli attivatori comunemente usati sono generalmente NaOH, KOH e H3P04. Il metodo di attivazione chimica presenta i vantaggi di una bassa temperatura di attivazione e di un'elevata resa, ma presenta anche problemi quali elevata corrosione, difficoltà nella rimozione dei reagenti superficiali e grave inquinamento ambientale.
Metodo di attivazione fisica
Il metodo di attivazione fisica si riferisce alla carbonizzazione delle materie prime direttamente nel forno e quindi alla reazione con gas come CO2 e H20 introdotti ad alta temperatura per raggiungere lo scopo di aumentare i pori ed espanderli, ma il metodo di attivazione fisica ha una scarsa controllabilità dei pori struttura. Tra questi, la CO2 è ampiamente utilizzata nella preparazione del carbone attivo perché è pulita, facile da ottenere e a basso costo. Utilizzare il guscio di cocco carbonizzato come materia prima e attivarlo con CO2 per preparare carbone attivo con micropori sviluppati, con un'area superficiale specifica e un volume totale dei pori di 1653 m2·g-1 e 0,1045 cm3·g-1, rispettivamente. Le prestazioni hanno raggiunto lo standard di utilizzo del carbone attivo per condensatori a doppio strato.
Attiva la pietra di nespolo con CO2 per preparare carbone super attivo, dopo l'attivazione a 1100 ℃ per 30 minuti, l'area superficiale specifica e il volume totale dei pori hanno raggiunto rispettivamente fino a 3500 m2·g-1 e 1,84 cm3·g-1. Utilizzare la CO2 per eseguire l'attivazione secondaria sul carbone attivo commerciale del guscio di noce di cocco. Dopo l'attivazione, i micropori del prodotto finito si sono ristretti, il volume dei micropori è aumentato da 0,21 cm3·g-1 a 0,27 cm3·g-1, l'area superficiale specifica è aumentata da 627,22 m2·g-1 a 822,71 m2·g-1 e la capacità di assorbimento del fenolo è aumentata del 23,77%.
Altri studiosi hanno studiato i principali fattori di controllo del processo di attivazione della CO2. Mohammad et al. [21] hanno scoperto che la temperatura è il principale fattore che influenza quando viene utilizzata la CO2 per attivare la segatura di gomma. L'area superficiale specifica, il volume dei pori e la microporosità del prodotto finito prima aumentavano e poi diminuivano con l'aumentare della temperatura. Cheng Song et al. [22] hanno utilizzato la metodologia della superficie di risposta per analizzare il processo di attivazione della CO2 dei gusci delle noci di macadamia. I risultati hanno mostrato che la temperatura e il tempo di attivazione hanno la maggiore influenza sullo sviluppo dei micropori del carbone attivo.
Orario di pubblicazione: 27 agosto 2024