אופטימיזציה של מבנה נקבוביות הפחמן הנקבובי -Ⅱ

ברוכים הבאים לאתר שלנו לקבלת מידע על המוצר וייעוץ.

האתר שלנו:https://www.vet-china.com/

שיטת הפעלה פיזית וכימית
שיטת הפעלה פיזית וכימית מתייחסת לשיטת הכנת חומרים נקבוביים על ידי שילוב של שתי שיטות ההפעלה לעיל. בדרך כלל, הפעלה כימית מתבצעת תחילה, ולאחר מכן מבוצעת הפעלה פיזית. תחילה יש להשרות תאית בתמיסת H3PO4 של 68% ~ 85% ב-85 ℃ למשך שעתיים, לאחר מכן להפחיד אותה בתנור אפייה למשך 4 שעות, ולאחר מכן להפעיל אותה עם CO2. שטח הפנים הספציפי של הפחמן הפעיל שהתקבל היה גבוה עד 3700m2·g-1. נסו להשתמש בסיבי סיסל כחומר גלם, והפעילו פעם אחת את סיבי הפחם הפעיל (ACF) המתקבלים על ידי הפעלת H3PO4, חיממו אותו ל-830℃ תחת הגנת N2, ולאחר מכן השתמשו באדי מים כמפעיל להפעלה משנית. שטח הפנים הספציפי של ACF שהושג לאחר 60 דקות של הפעלה השתפר באופן משמעותי.

אפיון ביצועי מבנה הנקבוביות של מופעלפַּחמָן
שיטות אפיון הביצועים הנפוצות של פחם פעיל וכיווני יישום מוצגים בטבלה 2. ניתן לבדוק את מאפייני מבנה הנקבוביות של החומר משני היבטים: ניתוח נתונים וניתוח תמונה.

התקדמות המחקר של טכנולוגיית ייעול מבנה הנקבוביות של פחם פעיל
למרות שלפחם פעיל יש נקבוביות עשירות ושטח פנים ספציפי עצום, יש לו ביצועים מצוינים בתחומים רבים. עם זאת, בשל הסלקטיביות הרחבה של חומרי הגלם ותנאי ההכנה המורכבים, למוצרים המוגמרים יש בדרך כלל את החסרונות של מבנה נקבוביות כאוטי, שטח פנים ספציפי שונה, חלוקת גודל נקבוביות לא מסודרת ותכונות כימיות מוגבלות של פני השטח. לכן ישנם חסרונות כמו מינון גדול ויכולת הסתגלות צרה בתהליך היישום, שאינם יכולים לעמוד בדרישות השוק. לכן, ישנה משמעות מעשית רבה לייעל ולווסת את המבנה ולשפר את ביצועי הניצול המקיפים שלו. שיטות נפוצות לאופטימיזציה וויסות מבנה הנקבוביות כוללות ויסות כימי, מיזוג פולימרים וויסות הפעלה קטליטית.

טכנולוגיית ויסות כימיקלים
טכנולוגיית ויסות כימי מתייחסת לתהליך של הפעלה משנית (שינוי) של חומרים נקבוביים המתקבלים לאחר הפעלה עם ריאגנטים כימיים, שחיקת הנקבוביות המקוריות, הרחבת המיקרו-נקבובית או יצירת מיקרו-נקבובית חדשות כדי להגדיל את שטח הפנים ומבנה הנקבוביות הספציפיים של החומר. באופן כללי, המוצר המוגמר של הפעלה אחת טובל בדרך כלל ב-0.5 ~ 4 פעמים של תמיסה כימית כדי לווסת את מבנה הנקבוביות ולהגדיל את שטח הפנים הספציפי. ניתן להשתמש בכל מיני תמיסות חומצה ואלקליות כריאגנטים להפעלה משנית.

טכנולוגיית שינוי חמצון משטח חומצה
שינוי חמצון משטח חומצה הוא שיטת ויסות נפוצה. בטמפרטורה מתאימה, חומרי חמצון חומציים יכולים להעשיר את הנקבוביות בתוך הפחם הפעיל, לשפר את גודל הנקבוביות שלו ולחפור נקבוביות חסומות. כיום, מחקר מקומי וזר מתמקד בעיקר בשינוי של חומצות אנאורגניות. HN03 הוא חומר חמצון נפוץ, וחוקרים רבים משתמשים ב-HN03 כדי לשנות פחמן פעיל. טונג לי וחב'. [28] מצא כי HN03 יכול להגביר את התוכן של קבוצות פונקציונליות המכילות חמצן וחנקן על פני השטח של פחמן פעיל ולשפר את השפעת הספיחה של כספית.

שינוי פחם פעיל עם HN03, לאחר שינוי, שטח הפנים הספציפי של פחם פעיל ירד מ-652m2·g-1 ל-241m2·g-1, גודל הנקבוביות הממוצע גדל מ-1.27nm ל-1.641nm, ויכולת הספיחה של בנזופנון בבנזין מדומה עלה ב-33.7%. שינוי פחם פעיל בעץ עם ריכוז נפח של 10% ו-70% של HN03, בהתאמה. התוצאות מראות ששטח הפנים הספציפי של פחם פעיל שעבר שינוי ב-10% HN03 גדל מ-925.45m2·g-1 ל-960.52m2·g-1; לאחר שינוי עם 70% HN03, שטח הפנים הספציפי ירד ל-935.89m2·g-1. שיעורי ההסרה של Cu2+ על ידי פחם פעיל שעבר שינוי בשני ריכוזים של HN03 היו מעל 70% ו-90%, בהתאמה.

עבור פחם פעיל המשמש בתחום הספיחה, השפעת הספיחה תלויה לא רק במבנה הנקבוביות אלא גם במאפיינים הכימיים של פני השטח של הסופח. מבנה הנקבוביות קובע את שטח הפנים הספציפי ויכולת הספיחה של פחמן פעיל, בעוד שהמאפיינים הכימיים של פני השטח משפיעים על האינטראקציה בין פחמן פעיל לאדסורבט. לבסוף נמצא ששינוי חומצה של פחם פעיל יכול לא רק להתאים את מבנה הנקבוביות בתוך הפחם הפעיל ולנקות את הנקבוביות החסומות, אלא גם להגדיל את תכולת הקבוצות החומציות על פני החומר ולשפר את הקוטביות וההידרופיליות של פני השטח. . יכולת הספיחה של EDTA על ידי פחם פעיל שעבר שינוי על ידי HCI עלתה ב-49.5% בהשוואה לזו שלפני השינוי, שהייתה טובה יותר מזו של שינוי HNO3.

פחם פעיל מסחרי שונה עם HNO3 ו- H2O2 בהתאמה! שטחי הפנים הספציפיים לאחר השינוי היו 91.3% ו-80.8% מאלו שלפני השינוי, בהתאמה. על פני השטח נוספו קבוצות פונקציונליות חדשות המכילות חמצן כגון קרבוקסיל, קרבוניל ופנול. יכולת הספיגה של ניטרובנזן על ידי שינוי HNO3 הייתה הטובה ביותר, שהייתה פי 3.3 מזו שלפני השינוי. נמצא שהעלייה בתכולת הקבוצות הפונקציונליות המכילות חמצן בפחמן פעיל לאחר שינוי חומצה הובילה לעלייה במספר המשטחים. נקודות פעילות, שהייתה לה השפעה ישירה על שיפור יכולת הספיגה של ה-Adsorbate המטרה.

בהשוואה לחומצות אנאורגניות, יש מעט דיווחים על שינוי החומצה האורגנית של פחמן פעיל. השווה את ההשפעות של שינוי חומצה אורגנית על תכונות מבנה הנקבוביות של פחמן פעיל וספיחת מתנול. לאחר השינוי, שטח הפנים הספציפי ונפח הנקבוביות הכולל של פחמן פעיל ירדו. ככל שהחומציות חזקה יותר, הירידה גדולה יותר. לאחר שינוי עם חומצה אוקסלית, חומצה טרטרית וחומצת לימון, שטח הפנים הספציפי של פחמן פעיל ירד מ-898.59m2·g-1 ל-788.03m2·g-1, 685.16m2·g-1 ו-622.98m2·g-1 בהתאמה. עם זאת, המיקרופורוזיות של פחם פעיל גדלה לאחר שינוי. המיקרונקבוביות של פחם פעיל שעבר שינוי בחומצת לימון עלתה מ-75.9% ל-81.5%.

חומצה אוקסלית וחומצה טרטרית מועילים לספיחת מתנול, בעוד שלחומצה לימון יש השפעה מעכבת. עם זאת, J.Paul Chen et al. [35] מצא כי פחמן פעיל שונה עם חומצת לימון יכול לשפר את ספיחת יוני הנחושת. Lin Tang et al. [36] פחמן פעיל מסחרי שונה עם חומצה פורמית, חומצה אוקסלית וחומצה אמינוסולפונית. לאחר השינוי, שטח הפנים הספציפי ונפח הנקבוביות הופחתו. קבוצות פונקציונליות המכילות חמצן כמו 0-HC-0, C-0 ו-S=0 נוצרו על פני המוצר המוגמר, והופיעו תעלות חרוטות לא אחידות וגבישים לבנים. יכולת הספיגה בשיווי המשקל של אצטון ואיזופרופנול עלתה גם היא משמעותית.

טכנולוגיית שינוי פתרון אלקליין
כמה חוקרים השתמשו גם בתמיסה אלקלית כדי לבצע הפעלה משנית על פחם פעיל. הספגה תוצרת בית של פחם פעיל על בסיס פחם בתמיסת Na0H בריכוזים שונים כדי לשלוט במבנה הנקבוביות. התוצאות הראו שריכוז אלקלי נמוך יותר תורם להגדלת והרחבת הנקבוביות. האפקט הטוב ביותר הושג כאשר ריכוז המסה היה 20%. לפחמן הפעיל היה שטח הפנים הספציפי הגבוה ביותר (681m2·g-1) ונפח הנקבוביות (0.5916cm3·g-1). כאשר ריכוז המסה של Na0H עולה על 20%, מבנה הנקבוביות של פחמן פעיל נהרס ופרמטרי מבנה הנקבוביות מתחילים לרדת. הסיבה לכך היא שהריכוז הגבוה של תמיסת Na0H יהרוס את שלד הפחמן ומספר רב של נקבוביות יקרוס.

הכנת פחם פעיל בעל ביצועים גבוהים על ידי מיזוג פולימרים. המבשרים היו שרף furfural ו- furfuryl אלכוהול, ואתילן גליקול היה הגורם ליצירת נקבוביות. מבנה הנקבוביות נשלט על ידי התאמת תכולת שלושת הפולימרים, והתקבל חומר נקבובי בגודל נקבוביות שבין 0.008 ל-5 מיקרומטר. כמה חוקרים הוכיחו שניתן לפחמם סרט פוליאוריטן-אימיד (PUI) כדי להשיג סרט פחמן, וניתן לשלוט במבנה הנקבוביות על ידי שינוי המבנה המולקולרי של פוליאוריתן (PU) פרהפולימר [41]. כאשר PUI מחומם ל-200°C, יווצרו PU ופולימיד (PI). כאשר טמפרטורת הטיפול בחום עולה ל-400 מעלות צלזיוס, פירוליזה של PU מייצרת גז, וכתוצאה מכך היווצרות מבנה נקבוביות על סרט ה-PI. לאחר הפחממה מתקבל סרט פחמן. בנוסף, שיטת מיזוג הפולימרים יכולה גם לשפר כמה תכונות פיזיות ומכאניות של החומר במידה מסוימת

טכנולוגיית ויסות הפעלה קטליטית
טכנולוגיית ויסות הפעלה קטליטית היא למעשה שילוב של שיטת הפעלה כימית ושיטת הפעלת גז בטמפרטורה גבוהה. בדרך כלל, חומרים כימיים מתווספים לחומרי הגלם כזרזים, והזרזים משמשים לסיוע בתהליך הפחממה או ההפעלה להשגת חומרי פחמן נקבוביים. באופן כללי, למתכות יש בדרך כלל השפעות קטליטיות, אך ההשפעות הקטליטיות משתנות.

למעשה, בדרך כלל אין גבול ברור בין ויסות הפעלה כימית לבין ויסות הפעלה קטליטית של חומרים נקבוביים. הסיבה לכך היא ששתי השיטות מוסיפות ריאגנטים במהלך תהליך הפחממה וההפעלה. התפקיד הספציפי של ריאגנטים אלה קובע אם השיטה שייכת לקטגוריה של הפעלה קטליטית.

המבנה של חומר הפחמן הנקבובי עצמו, התכונות הפיזיקליות והכימיות של הזרז, תנאי התגובה הקטליטית ושיטת העמסת הזרז יכולים להיות בעלי דרגות שונות של השפעה על אפקט הוויסות. שימוש בפחם ביטומני כחומר גלם, Mn(N03)2 ו-Cu(N03)2 כזרזים יכולים להכין חומרים נקבוביים המכילים תחמוצות מתכות. הכמות המתאימה של תחמוצות מתכת יכולה לשפר את הנקבוביות ואת נפח הנקבוביות, אך ההשפעות הקטליטיות של מתכות שונות מעט שונות. Cu(N03)2 יכול לקדם התפתחות של נקבוביות בטווח של 1.5 ~ 2.0 ננומטר. בנוסף, תחמוצות המתכת והמלחים האנאורגניים הכלולים באפר חומר הגלם ישחקו גם הם תפקיד קטליטי בתהליך ההפעלה. Xie Qiang et al. [42] האמינו שתגובת ההפעלה הקטליטית של יסודות כמו סידן וברזל בחומר אנאורגני יכולה לקדם התפתחות של נקבוביות. כאשר תכולת שני האלמנטים הללו גבוהה מדי, שיעור הנקבוביות הבינוניות והגדולות במוצר עולה באופן משמעותי.

מַסְקָנָה
למרות שפחמן פעיל, כחומר הפחמן הנקבובי הירוק בשימוש הנפוץ ביותר, מילא תפקיד חשוב בתעשייה ובחיים, עדיין יש לו פוטנציאל גדול לשיפור בהרחבת חומרי גלם, הפחתת עלויות, שיפור איכות, שיפור אנרגיה, הארכת חיים ושיפור חוזק. . מציאת חומרי גלם פחם פעיל איכותיים וזולים, פיתוח טכנולוגיית ייצור פחם פעיל נקי ויעילה, וייעול וויסות מבנה הנקבוביות של פחם פעיל לפי תחומי יישום שונים יהוו כיוון חשוב לשיפור איכות מוצרי הפחם הפעיל וקידום הפיתוח האיכותי של תעשיית הפחם הפעיל.