ფოროვანი ნახშირბადის ფორების სტრუქტურის ოპტიმიზაცია -Ⅱ

კეთილი იყოს თქვენი მობრძანება ჩვენს ვებგვერდზე პროდუქტის შესახებ ინფორმაციისა და კონსულტაციისთვის.

ჩვენი საიტი:https://www.vet-china.com/

 

ფიზიკური და ქიმიური აქტივაციის მეთოდი

ფიზიკური და ქიმიური აქტივაციის მეთოდი გულისხმობს ფოროვანი მასალების მომზადების მეთოდს ზემოაღნიშნული ორი აქტივაციის მეთოდის კომბინაციით. საერთოდ, ჯერ ქიმიური გააქტიურება ხდება, შემდეგ კი ფიზიკური გააქტიურება. ჯერ დაასველეთ ცელულოზა 68%~85% H3PO4 ხსნარში 85℃ 2 სთ-ის განმავლობაში, შემდეგ კარბონიზაცია მოახდინეს მაფლის ღუმელში 4 საათის განმავლობაში და შემდეგ გაააქტიურეთ CO2-ით. მიღებული გააქტიურებული ნახშირბადის სპეციფიური ზედაპირის ფართობი იყო 3700მ2·გ-1. შეეცადეთ გამოიყენოთ სიზალის ბოჭკო ნედლეულად და გაააქტიურეთ გააქტიურებული ნახშირბადის ბოჭკო (ACF), რომელიც მიღებულია H3PO4 გააქტიურებით ერთხელ, გააცხელეთ იგი 830℃-მდე N2 დაცვის ქვეშ და შემდეგ გამოიყენეთ წყლის ორთქლი, როგორც აქტივატორი მეორადი აქტივაციისთვის. ACF-ის სპეციფიური ზედაპირის ფართობი, რომელიც მიღებული იყო აქტივაციის 60 წუთის შემდეგ, მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდა.

 

გააქტიურებული ფორების სტრუქტურის მუშაობის დახასიათებანახშირბადის

 
ჩვეულებრივ გამოყენებული გააქტიურებული ნახშირბადის შესრულების დახასიათების მეთოდები და გამოყენების მიმართულებები ნაჩვენებია ცხრილში 2. მასალის ფორების სტრუქტურის მახასიათებლები შეიძლება შემოწმდეს ორი ასპექტიდან: მონაცემთა ანალიზი და გამოსახულების ანალიზი.

 

გააქტიურებული ნახშირბადის ფორების სტრუქტურის ოპტიმიზაციის ტექნოლოგიის კვლევის პროგრესი

მიუხედავად იმისა, რომ გააქტიურებულ ნახშირბადს აქვს მდიდარი ფორები და უზარმაზარი სპეციფიური ზედაპირი, მას აქვს შესანიშნავი შესრულება ბევრ სფეროში. თუმცა, ნედლეულის ფართო სელექციურობისა და მომზადების რთული პირობების გამო, მზა პროდუქტებს ძირითადად აქვთ ქაოტური ფორების სტრუქტურის, სხვადასხვა სპეციფიური ზედაპირის არეალის, ფორების ზომის დარღვევის და შეზღუდული ზედაპირის ქიმიური თვისებების ნაკლოვანებები. აქედან გამომდინარე, არსებობს უარყოფითი მხარეები, როგორიცაა დიდი დოზირება და ვიწრო ადაპტირება განაცხადის პროცესში, რომელიც ვერ აკმაყოფილებს ბაზრის მოთხოვნებს. აქედან გამომდინარე, დიდი პრაქტიკული მნიშვნელობა აქვს სტრუქტურის ოპტიმიზაციას და რეგულირებას და მისი ყოვლისმომცველი უტილიზაციის ხარისხის გაუმჯობესებას. ფორების სტრუქტურის ოპტიმიზაციისა და რეგულირების ხშირად გამოყენებული მეთოდები მოიცავს ქიმიურ რეგულაციას, პოლიმერების შერევას და კატალიზური აქტივაციის რეგულირებას.

 

ქიმიური რეგულირების ტექნოლოგია

ქიმიური რეგულაციის ტექნოლოგია გულისხმობს ფოროვანი მასალების მეორადი გააქტიურების (მოდიფიკაციის) პროცესს, რომელიც მიღებულია ქიმიური რეაგენტებით გააქტიურების შემდეგ, ორიგინალური ფორების ეროზია, მიკროფორების გაფართოება ან ახალი მიკროფორების შემდგომი შექმნა მასალის სპეციფიკური ზედაპირისა და ფორების სტრუქტურის გაზრდის მიზნით. ზოგადად რომ ვთქვათ, ერთი გააქტიურების მზა პროდუქტი ჩვეულებრივ ჩაეფლო 0,5-4 ჯერ ქიმიურ ხსნარში ფორების სტრუქტურის დასარეგულირებლად და ზედაპირის სპეციფიკური ფართობის გაზრდის მიზნით. ყველა სახის მჟავა და ტუტე ხსნარი შეიძლება გამოყენებულ იქნას როგორც რეაგენტები მეორადი აქტივაციისთვის.

 

მჟავა ზედაპირის დაჟანგვის მოდიფიკაციის ტექნოლოგია

მჟავა ზედაპირის დაჟანგვის მოდიფიკაცია არის საყოველთაოდ გამოყენებული რეგულირების მეთოდი. შესაბამის ტემპერატურაზე, მჟავა ოქსიდანტებს შეუძლიათ გააქტიურებული ნახშირბადის შიგნით არსებული ფორების გამდიდრება, მისი ფორების ზომის გაუმჯობესება და დაბლოკილი ფორების ამოკვეთა. ამჟამად, შიდა და უცხოური კვლევები ძირითადად ფოკუსირებულია არაორგანული მჟავების მოდიფიკაციაზე. HN03 არის საყოველთაოდ გამოყენებული ოქსიდანტი და ბევრი მეცნიერი იყენებს HN03-ს გააქტიურებული ნახშირბადის შესაცვლელად. ტონგ ლი და სხვ. [28] აღმოაჩინა, რომ HN03-ს შეუძლია გაზარდოს ჟანგბადის შემცველი და აზოტის შემცველი ფუნქციური ჯგუფების შემცველობა გააქტიურებული ნახშირბადის ზედაპირზე და გააუმჯობესოს ვერცხლისწყლის ადსორბციული ეფექტი.

გააქტიურებული ნახშირბადის შეცვლა HN03-ით, მოდიფიკაციის შემდეგ, გააქტიურებული ნახშირბადის სპეციფიური ზედაპირის ფართობი შემცირდა 652m2·g-1-დან 241m2·g-1-მდე, ფორების საშუალო ზომა გაიზარდა 1.27nm-დან 1.641nm-მდე და ბენზოფენონის ადსორბციის უნარი. სიმულაციური ბენზინი 33,7%-ით გაიზარდა. ხის გააქტიურებული ნახშირბადის მოდიფიკაცია HN03-ის 10% და 70% მოცულობითი კონცენტრაციით, შესაბამისად. შედეგები აჩვენებს, რომ 10% HN03 მოდიფიცირებული გააქტიურებული ნახშირბადის სპეციფიური ზედაპირის ფართობი გაიზარდა 925.45m2·g-1-დან 960.52m2·g-1-მდე; 70% HN03-ით მოდიფიკაციის შემდეგ სპეციფიური ზედაპირის ფართობი შემცირდა 935,89მ2·გ-1-მდე. Cu2+-ის მოცილების სიჩქარე HN03-ის ორი კონცენტრაციით მოდიფიცირებული გააქტიურებული ნახშირბადით იყო 70% და 90%-ზე მეტი, შესაბამისად.

ადსორბციის სფეროში გამოყენებული გააქტიურებული ნახშირბადისთვის, ადსორბციის ეფექტი დამოკიდებულია არა მხოლოდ ფორების სტრუქტურაზე, არამედ ადსორბენტის ზედაპირულ ქიმიურ თვისებებზე. ფორების სტრუქტურა განსაზღვრავს გააქტიურებული ნახშირბადის სპეციფიკურ ზედაპირის ფართობს და ადსორბციულ შესაძლებლობებს, ხოლო ზედაპირის ქიმიური თვისებები გავლენას ახდენს გააქტიურებულ ნახშირბადსა და ადსორბატს შორის ურთიერთქმედებაზე. საბოლოოდ აღმოჩნდა, რომ გააქტიურებული ნახშირბადის მჟავა მოდიფიკაციას შეუძლია არა მხოლოდ დაარეგულიროს ფორების სტრუქტურა გააქტიურებული ნახშირბადის შიგნით და გაასუფთავოს დაბლოკილი ფორები, არამედ გაზარდოს მჟავე ჯგუფების შემცველობა მასალის ზედაპირზე და გააძლიეროს ზედაპირის პოლარობა და ჰიდროფილურობა. . EDTA-ს ადსორბციის უნარი HCI-ით მოდიფიცირებული გააქტიურებული ნახშირბადით გაიზარდა 49.5%-ით მოდიფიკაციამდე არსებულთან შედარებით, რაც უკეთესი იყო ვიდრე HNO3 მოდიფიკაცია.

მოდიფიცირებული კომერციული გააქტიურებული ნახშირბადი HNO3 და H2O2 შესაბამისად! სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი მოდიფიკაციის შემდეგ იყო 91.3% და 80.8% მოდიფიკაციამდე. ზედაპირზე დაემატა ახალი ჟანგბადის შემცველი ფუნქციური ჯგუფები, როგორიცაა კარბოქსილი, კარბონილი და ფენოლი. ნიტრობენზოლის ადსორბციული უნარი HNO3 მოდიფიკაციით საუკეთესო იყო, რაც 3,3-ჯერ იყო მოდიფიკაციამდე. აღმოჩნდა, რომ ჟანგბადის შემცველი ფუნქციური ჯგუფების შემცველობის ზრდა გააქტიურებულ ნახშირბადში მჟავას მოდიფიკაციის შემდეგ იწვევდა ზედაპირის რაოდენობის ზრდას. აქტიური წერტილები, რომლებიც პირდაპირ გავლენას ახდენდნენ სამიზნე ადსორბატის ადსორბციული შესაძლებლობების გაუმჯობესებაზე.

არაორგანულ მჟავებთან შედარებით, ცოტაა ცნობები გააქტიურებული ნახშირბადის ორგანული მჟავების მოდიფიკაციის შესახებ. შეადარეთ ორგანული მჟავის მოდიფიკაციის ეფექტი გააქტიურებული ნახშირბადის ფორების სტრუქტურის თვისებებზე და მეთანოლის ადსორბციაზე. მოდიფიკაციის შემდეგ, სპეციფიური ზედაპირის ფართობი და გააქტიურებული ნახშირბადის მთლიანი პორების მოცულობა შემცირდა. რაც უფრო ძლიერია მჟავიანობა, მით მეტია კლება. ოქსილის მჟავით, ღვინის მჟავით და ლიმონმჟავით მოდიფიკაციის შემდეგ, გააქტიურებული ნახშირბადის სპეციფიური ზედაპირის ფართობი შემცირდა 898,59 მ2·გ-1-დან 788,03მ2·გ-1-მდე, 685,16მ2·გ-1-მდე და 622,98მ2·გ-1-მდე. თუმცა, გააქტიურებული ნახშირბადის მიკროფორულობა გაიზარდა მოდიფიკაციის შემდეგ. ლიმონმჟავით მოდიფიცირებული გააქტიურებული ნახშირბადის მიკროფორიანობა გაიზარდა 75,9%-დან 81,5%-მდე.

ოქსილის მჟავას და ღვინის მჟავას მოდიფიკაცია სასარგებლოა მეთანოლის ადსორბციისთვის, ხოლო ლიმონმჟავას აქვს ინჰიბიტორული ეფექტი. თუმცა, J.Paul Chen et al. [35] აღმოაჩინა, რომ ლიმონმჟავით მოდიფიცირებულ გააქტიურებულ ნახშირბადს შეუძლია გააძლიეროს სპილენძის იონების ადსორბცია. ლინ ტანგი და სხვ. [36] მოდიფიცირებული კომერციული გააქტიურებული ნახშირბადი ჭიანჭველა მჟავით, ოქსილის მჟავით და ამინოსულფონის მჟავით. მოდიფიკაციის შემდეგ, სპეციფიკური ზედაპირის ფართობი და ფორების მოცულობა შემცირდა. მზა პროდუქტის ზედაპირზე წარმოიქმნა ჟანგბადის შემცველი ფუნქციური ჯგუფები, როგორიცაა 0-HC-0, C-0 და S=0, გაჩნდა არათანაბარი ამოკვეთილი არხები და თეთრი კრისტალები. ასევე მნიშვნელოვნად გაიზარდა აცეტონისა და იზოპროპანოლის წონასწორული ადსორბციის უნარი.

 

ტუტე ხსნარის მოდიფიკაციის ტექნოლოგია

ზოგიერთი მეცნიერი ასევე იყენებდა ტუტე ხსნარს გააქტიურებულ ნახშირბადზე მეორადი აქტივაციის შესასრულებლად. გაჟღენთეთ ნახშირზე დაფუძნებული ხელნაკეთი გააქტიურებული ნახშირბადი სხვადასხვა კონცენტრაციის Na0H ხსნარით, ფორების სტრუქტურის გასაკონტროლებლად. შედეგებმა აჩვენა, რომ ტუტეს დაბალი კონცენტრაცია ხელს უწყობს ფორების ზრდას და გაფართოებას. საუკეთესო ეფექტი მიიღწევა მაშინ, როდესაც მასის კონცენტრაცია იყო 20%. გააქტიურებულ ნახშირბადს ჰქონდა ყველაზე მაღალი სპეციფიური ზედაპირის ფართობი (681m2·g-1) და ფორების მოცულობა (0,5916cm3·g-1). როდესაც Na0H-ის მასის კონცენტრაცია 20%-ს აჭარბებს, გააქტიურებული ნახშირბადის ფორების სტრუქტურა ნადგურდება და ფორების სტრუქტურის პარამეტრები იწყებს კლებას. ეს იმის გამო ხდება, რომ Na0H ხსნარის მაღალი კონცენტრაცია გამოიწვევს ნახშირბადის ჩონჩხის კოროზიას და ფორების დიდი რაოდენობა დაიშლება.

მაღალი ხარისხის გააქტიურებული ნახშირბადის მომზადება პოლიმერული შერევით. წინამორბედები იყო ფურფურის ფისი და ფურფურილის სპირტი, ხოლო ეთილენგლიკოლი იყო ფორების წარმომქმნელი აგენტი. ფორების სტრუქტურა კონტროლდებოდა სამი პოლიმერის შემცველობის კორექტირებით და მიიღეს ფოროვანი მასალა ფორების ზომით 0.008-დან 5 μm-მდე. ზოგიერთმა მკვლევარმა დაამტკიცა, რომ პოლიურეთან-იმიდის ფირის (PUI) კარბონიზაცია შესაძლებელია ნახშირბადის ფირის მისაღებად, ხოლო ფორების სტრუქტურის კონტროლი შესაძლებელია პოლიურეთანის (PU) პრეპოლიმერის მოლეკულური სტრუქტურის შეცვლით [41]. როდესაც PUI თბება 200°C-მდე, წარმოიქმნება PU და პოლიმიდი (PI). როდესაც თერმული დამუშავების ტემპერატურა იზრდება 400°C-მდე, PU პიროლიზი წარმოქმნის გაზს, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ფორების სტრუქტურა PI ფილმზე. კარბონიზაციის შემდეგ მიიღება ნახშირბადის ფილმი. გარდა ამისა, პოლიმერების შერევის მეთოდს შეუძლია ასევე გააუმჯობესოს მასალის გარკვეული ფიზიკური და მექანიკური თვისებები

 

კატალიზური აქტივაციის რეგულირების ტექნოლოგია

კატალიზური აქტივაციის რეგულირების ტექნოლოგია რეალურად არის ქიმიური აქტივაციის მეთოდისა და მაღალი ტემპერატურის გაზის გააქტიურების მეთოდის კომბინაცია. როგორც წესი, ქიმიურ ნივთიერებებს ემატება ნედლეული, როგორც კატალიზატორები, და კატალიზატორები გამოიყენება კარბონიზაციის ან აქტივაციის პროცესის დასახმარებლად ფოროვანი ნახშირბადის მასალების მისაღებად. ზოგადად რომ ვთქვათ, ლითონებს ზოგადად აქვთ კატალიზური ეფექტი, მაგრამ კატალიზური ეფექტები განსხვავდება.

სინამდვილეში, როგორც წესი, არ არსებობს აშკარა საზღვარი ქიმიური აქტივაციის რეგულაციასა და ფოროვანი მასალების კატალიზური აქტივაციის რეგულირებას შორის. ეს იმიტომ ხდება, რომ ორივე მეთოდი ამატებს რეაგენტებს კარბონიზაციისა და აქტივაციის პროცესში. ამ რეაგენტების სპეციფიკური როლი განსაზღვრავს, მიეკუთვნება თუ არა მეთოდი კატალიზური აქტივაციის კატეგორიას.

თავად ფოროვანი ნახშირბადის მასალის სტრუქტურას, კატალიზატორის ფიზიკურ და ქიმიურ თვისებებს, კატალიზური რეაქციის პირობებს და კატალიზატორის დატვირთვის მეთოდს შეიძლება ჰქონდეს სხვადასხვა ხარისხის გავლენა რეგულირების ეფექტზე. ბიტუმიანი ნახშირის, როგორც ნედლეულის, Mn(N03)2 და Cu(N03)2, როგორც კატალიზატორების გამოყენებით, შესაძლებელია ლითონის ოქსიდების შემცველი ფოროვანი მასალების მომზადება. ლითონის ოქსიდების სათანადო რაოდენობამ შეიძლება გააუმჯობესოს ფორიანობა და ფორების მოცულობა, მაგრამ სხვადასხვა ლითონების კატალიზური ეფექტები ოდნავ განსხვავებულია. Cu(N03)2-ს შეუძლია ხელი შეუწყოს ფორების განვითარებას 1,5-2,0 ნმ დიაპაზონში. გარდა ამისა, ნედლეულის ნაცარში შემავალი ლითონის ოქსიდები და არაორგანული მარილები ასევე ითამაშებენ კატალიზურ როლს აქტივაციის პროცესში. Xie Qiang და სხვ. [42] სჯეროდა, რომ ისეთი ელემენტების კატალიზური აქტივაციის რეაქცია, როგორიცაა კალციუმი და რკინა არაორგანულ ნივთიერებებში, შეუძლია ხელი შეუწყოს ფორების განვითარებას. როდესაც ამ ორი ელემენტის შემცველობა ძალიან მაღალია, პროდუქტში საშუალო და დიდი ფორების პროპორცია მნიშვნელოვნად იზრდება.

 

დასკვნა

მიუხედავად იმისა, რომ გააქტიურებული ნახშირბადი, როგორც ყველაზე ფართოდ გამოყენებული მწვანე ფოროვანი ნახშირბადის მასალა, ითამაშა მნიშვნელოვანი როლი ინდუსტრიაში და ცხოვრებაში, მას მაინც აქვს დიდი პოტენციალი ნედლეულის გაფართოების, ხარჯების შემცირების, ხარისხის გაუმჯობესების, ენერგიის გაუმჯობესების, სიცოცხლის გახანგრძლივებისა და სიმტკიცის გაუმჯობესებისთვის. . მაღალი ხარისხის და იაფი აქტივირებული ნახშირბადის ნედლეულის პოვნა, სუფთა და ეფექტური გააქტიურებული ნახშირბადის წარმოების ტექნოლოგიის შემუშავება და გააქტიურებული ნახშირბადის ფორების სტრუქტურის ოპტიმიზაცია და რეგულირება სხვადასხვა აპლიკაციის სფეროების მიხედვით იქნება მნიშვნელოვანი მიმართულება გააქტიურებული ნახშირბადის პროდუქტების ხარისხის გაუმჯობესებისა და ხელშეწყობისთვის. გააქტიურებული ნახშირბადის ინდუსტრიის მაღალი ხარისხის განვითარება.