多孔質カーボンの細孔構造の最適化-Ⅰ

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この論文は、現在の活性炭市場を分析し、活性炭の原料の詳細な分析を実施し、細孔構造の特性評価方法、製造方法、影響要因と活性炭の応用の進歩を紹介し、活性炭の研究結果をレビューします。細孔構造最適化技術。グリーン技術および低炭素技術の応用において活性炭がより大きな役割を果たすことを促進することを目的としています。

活性炭の準備
一般に、活性炭の製造は炭化と賦活の 2 段階に分かれます。

炭化工程
炭化とは、原料炭を不活性ガスの保護下で高温で加熱して揮発分を分解し、中間炭化製品を得るプロセスを指します。炭化はプロセスパラメータを調整することで期待される目標を達成できます。研究により、活性化温度が炭化特性に影響を与える重要なプロセスパラメータであることが示されています。ジエ・チャンら。は、炭化加熱速度がマッフル炉内の活性炭の性能に及ぼす影響を研究し、速度が低いほど炭化材料の収率が向上し、高品質の材料が生産されることがわかりました。

アクティベーションプロセス
炭化により原料は黒鉛に似た微結晶構造を形成し、一次細孔構造が生成されます。しかし、これらの細孔は他の物質によって乱されたり、ブロックされたり閉じられたりするため、比表面積が小さくなり、さらなる活性化が必要になります。活性化は炭化製品の細孔構造をさらに強化するプロセスであり、主に活性化剤と原料の間の化学反応によって行われ、多孔質の微結晶構造の形成を促進できます。

活性化は、材料の細孔を強化するプロセスにおいて主に 3 つの段階を経ます。
（１）元々閉じていた気孔（貫通気孔）を開く。
（２）元の毛穴を拡大する（毛穴拡張）。
（３）新たな毛穴の形成（孔形成）。

これら 3 つの効果は単独で起こるのではなく、同時に、相乗的に起こります。一般に、貫通孔と細孔の作成は細孔、特に微細孔の数の増加につながり、高い気孔率と大きな比表面積を備えた多孔質材料の調製に有益ですが、過剰な細孔の拡張は細孔の融合と結合を引き起こします。 、微細孔をより大きな孔に変換します。したがって、細孔が発達し、比表面積の大きな活性炭材料を得るためには、過剰な賦活を避ける必要がある。一般的に活性炭を活性化する方法には、化学的方法、物理的方法、物理化学的方法などがあります。

化学的活性化法
化学賦活法とは、原料に化学試薬を添加し、加熱炉内にN2やArなどの保護ガスを導入して加熱し、炭化と賦活を同時に行う方法です。一般的に使用される活性化剤は、通常、NaOH、KOH、および H3P04 です。化学的活性化法は、活性化温度が低く、収率が高いという利点があるが、腐食が大きい、表面試薬の除去が難しい、深刻な環境汚染などの問題も抱えている。

物理的活性化方法
物理賦活法とは、原料を炉内で直接炭化し、高温で導入したCO2やH2Oなどのガスと反応させて細孔を増加させ、細孔を拡大する目的を達成する方法ですが、物理賦活法は細孔の制御性が劣ります。構造。中でもCO2はクリーンで入手が容易で安価であるため、活性炭の製造に広く使用されています。ヤシ殻を炭化したものを原料としてCO2賦活し、比表面積1653m2・g-1、全細孔容積0.1045cm3・g-1の細孔が発達した活性炭を製造しました。二重層コンデンサ用活性炭の使用基準に達した性能です。

ビワ石をCO2で活性化して超活性炭を調製し、1100℃で30分間活性化した後、比表面積と全細孔容積はそれぞれ3500m2・g-1と1.84cm3・g-1に達した。市販のヤシ殻活性炭をCO2で二次活性化します。活性化後、最終製品の微細孔は狭くなり、微細孔容積は0.21 cm3・g-1から0.27 cm3・g-1に増加し、比表面積は627.22 m2・g-1から822.71 m2・g-1に増加しました。 、フェノールの吸着能力は 23.77% 増加しました。

他の学者は、CO2 活性化プロセスの主な制御因子を研究しています。モハマドら。 [21] は、ゴムおがくずを活性化するために CO2 を使用する場合、温度が主な影響因子であることを発見しました。最終製品の比表面積、細孔容積、および微小孔率は、温度の上昇とともに最初に増加し、その後減少しました。チェン・ソンら。 [22] は、応答曲面法を使用して、マカダミア ナッツの殻の CO2 活性化プロセスを分析しました。結果は、活性化温度と活性化時間が活性炭の微細孔の発達に最も大きな影響を与えることを示しました。