Witamy na naszej stronie internetowej w celu uzyskania informacji o produktach i konsultacji.
Nasza strona internetowa:https://www.vet-china.com/
Metoda aktywacji fizycznej i chemicznej
Metoda aktywacji fizycznej i chemicznej odnosi się do metody przygotowania materiałów porowatych poprzez połączenie powyższych dwóch metod aktywacji. Zwykle najpierw przeprowadza się aktywację chemiczną, a następnie aktywację fizyczną. Najpierw namocz celulozę w roztworze H3PO4 o stężeniu 68% ~ 85% w temperaturze 85℃ przez 2 godziny, następnie karbonizuj ją w piecu muflowym przez 4 godziny, a następnie aktywuj CO2. Powierzchnia właściwa otrzymanego węgla aktywnego wynosiła aż 3700m2·g-1. Spróbuj użyć włókna sizalowego jako surowca i jednokrotnie aktywuj włókno węgla aktywnego (ACF) uzyskane przez aktywację H3PO4, podgrzej je do 830 ℃ pod ochroną N2, a następnie użyj pary wodnej jako aktywatora do wtórnej aktywacji. Powierzchnia właściwa ACF uzyskana po 60 minutach aktywacji uległa znacznej poprawie.
Charakterystyka działania struktury porów aktywowanychwęgiel
Powszechnie stosowane metody charakteryzowania wydajności węgla aktywnego i kierunki jego stosowania przedstawiono w Tabeli 2. Charakterystykę struktury porów materiału można sprawdzić w dwóch aspektach: analizie danych i analizie obrazu.
Postęp badań technologii optymalizacji struktury porów węgla aktywnego
Chociaż węgiel aktywny ma bogate pory i ogromną powierzchnię właściwą, ma doskonałe właściwości w wielu dziedzinach. Jednakże, ze względu na szeroką selektywność surowców i złożone warunki przygotowania, gotowe produkty mają na ogół wady chaotycznej struktury porów, różnej powierzchni właściwej, nieuporządkowanego rozkładu wielkości porów i ograniczonych właściwości chemicznych powierzchni. Dlatego istnieją wady, takie jak duże dozowanie i wąskie możliwości dostosowania w procesie aplikacji, które nie są w stanie sprostać wymaganiom rynku. Dlatego też duże znaczenie praktyczne ma optymalizacja i regulacja konstrukcji oraz doskonalenie jej kompleksowych właściwości użytkowych. Powszechnie stosowane metody optymalizacji i regulacji struktury porów obejmują regulację chemiczną, mieszanie polimerów i regulację aktywacji katalitycznej.
Technologia regulacji chemicznej
Technologia regulacji chemicznej odnosi się do procesu wtórnej aktywacji (modyfikacji) materiałów porowatych uzyskanej po aktywacji odczynnikami chemicznymi, erozji pierwotnych porów, rozszerzaniu mikroporów lub dalszemu tworzeniu nowych mikroporów w celu zwiększenia powierzchni właściwej i struktury porów materiału. Ogólnie rzecz biorąc, gotowy produkt jednej aktywacji zazwyczaj zanurza się w 0,5–4-krotnym roztworze chemicznym w celu regulacji struktury porów i zwiększenia powierzchni właściwej. Jako odczynniki do wtórnej aktywacji można stosować wszelkiego rodzaju roztwory kwasów i zasad.
Technologia modyfikacji powierzchni kwasowej poprzez utlenianie
Modyfikacja utleniania powierzchni kwasu jest powszechnie stosowaną metodą regulacji. W odpowiedniej temperaturze utleniacze kwasowe mogą wzbogacić pory wewnątrz węgla aktywnego, poprawić wielkość jego porów i pogłębić zablokowane pory. Obecnie badania krajowe i zagraniczne skupiają się głównie na modyfikacji kwasów nieorganicznych. HN03 jest powszechnie stosowanym utleniaczem i wielu uczonych używa HN03 do modyfikacji węgla aktywnego. Tong Li i in. [28] stwierdzili, że HN03 może zwiększać zawartość grup funkcyjnych zawierających tlen i azot na powierzchni węgla aktywnego oraz poprawiać efekt adsorpcji rtęci.
Modyfikujący węgiel aktywny HN03, po modyfikacji powierzchnia właściwa węgla aktywnego zmniejszyła się z 652m2·g-1 do 241m2·g-1, wzrosła średnia wielkość porów z 1,27nm do 1,641nm, a zdolność adsorpcyjna benzofenonu w symulowanej benzynie wzrosła o 33,7%. Modyfikujący węgiel aktywny do drewna odpowiednio o stężeniu objętościowym HN03 10% i 70%. Wyniki pokazują, że powierzchnia właściwa węgla aktywnego modyfikowanego 10% HN03 wzrosła z 925,45m2·g-1 do 960,52m2·g-1; po modyfikacji 70% HN03 powierzchnia właściwa zmniejszyła się do 935,89m2·g-1. Szybkość usuwania Cu2+ przez węgiel aktywny modyfikowany dwoma stężeniami HN03 wynosiła odpowiednio powyżej 70% i 90%.
W przypadku węgla aktywnego stosowanego w polu adsorpcji efekt adsorpcji zależy nie tylko od struktury porów, ale także od właściwości chemicznych powierzchni adsorbentu. Struktura porów określa powierzchnię właściwą i zdolność adsorpcyjną węgla aktywnego, natomiast właściwości chemiczne powierzchni wpływają na interakcję pomiędzy węglem aktywnym i adsorbatem. Wreszcie odkryto, że kwasowa modyfikacja węgla aktywnego może nie tylko dostosować strukturę porów wewnątrz węgla aktywnego i oczyścić zablokowane pory, ale także zwiększyć zawartość grup kwasowych na powierzchni materiału oraz poprawić polarność i hydrofilowość powierzchni . Zdolność adsorpcyjna EDTA przez węgiel aktywny modyfikowany HCl wzrosła o 49,5% w porównaniu do stanu przed modyfikacją, czyli była lepsza niż modyfikacja HNO3.
Zmodyfikowany komercyjny węgiel aktywny odpowiednio z HNO3 i H2O2! Powierzchnia właściwa po modyfikacji wynosiła odpowiednio 91,3% i 80,8% powierzchni właściwej przed modyfikacją. Na powierzchnię dodano nowe grupy funkcyjne zawierające tlen, takie jak karboksyl, karbonyl i fenol. Najlepsza była zdolność adsorpcyjna nitrobenzenu po modyfikacji HNO3, która była 3,3 razy większa niż przed modyfikacją. Stwierdzono, że wzrost zawartości grup funkcyjnych zawierających tlen w węglu aktywnym po modyfikacji kwasowej prowadził do wzrostu liczby powierzchniowych punktów aktywnych, co miało bezpośredni wpływ na poprawę zdolności adsorpcyjnej docelowego adsorbatu.
W porównaniu z kwasami nieorganicznymi istnieje niewiele doniesień na temat modyfikacji węgla aktywnego kwasami organicznymi. Porównaj wpływ modyfikacji kwasami organicznymi na właściwości struktury porów węgla aktywnego i adsorpcję metanolu. Po modyfikacji powierzchnia właściwa i całkowita objętość porów węgla aktywnego uległy zmniejszeniu. Im silniejsza kwasowość, tym większy spadek. Po modyfikacji kwasem szczawiowym, winowym i cytrynowym powierzchnia właściwa węgla aktywnego zmniejszyła się z 898,59m2·g-1 do odpowiednio 788,03m2·g-1, 685,16m2·g-1 i 622,98m2·g-1. Jednakże mikroporowatość węgla aktywnego wzrosła po modyfikacji. Mikroporowatość węgla aktywnego modyfikowanego kwasem cytrynowym wzrosła z 75,9% do 81,5%.
Modyfikacja kwasem szczawiowym i winowym korzystnie wpływa na adsorpcję metanolu, natomiast kwas cytrynowy działa hamująco. Jednakże J.Paul Chen i in. [35] stwierdzili, że węgiel aktywny modyfikowany kwasem cytrynowym może zwiększać adsorpcję jonów miedzi. Lin Tang i in. [36] modyfikowany dostępny na rynku węgiel aktywny kwasem mrówkowym, kwasem szczawiowym i kwasem aminosulfonowym. Po modyfikacji zmniejszono powierzchnię właściwą i objętość porów. Grupy funkcyjne zawierające tlen, takie jak 0-HC-0, C-0 i S=0, utworzyły się na powierzchni gotowego produktu i pojawiły się nierówne wytrawione kanały i białe kryształy. Równowagowa zdolność adsorpcji acetonu i izopropanolu również znacznie wzrosła.
Technologia modyfikacji roztworów alkalicznych
Niektórzy uczeni stosowali także roztwory alkaliczne do przeprowadzenia wtórnej aktywacji węgla aktywnego. Impregnować domowym sposobem węgiel aktywny na bazie węgla roztworem NaOH o różnych stężeniach, aby kontrolować strukturę porów. Wyniki wykazały, że niższe stężenie alkaliów sprzyjało wzrostowi i rozszerzaniu się porów. Najlepszy efekt uzyskano przy stężeniu masowym wynoszącym 20%. Największą powierzchnię właściwą (681m2·g-1) i objętość porów miał węgiel aktywny (0,5916cm3·g-1). Kiedy stężenie masowe NaOH przekracza 20%, struktura porów węgla aktywnego ulega zniszczeniu, a parametry struktury porów zaczynają spadać. Dzieje się tak, ponieważ wysokie stężenie roztworu NaOH spowoduje korozję szkieletu węglowego i zapadnięcie się dużej liczby porów.
Przygotowanie wysokowydajnego węgla aktywnego poprzez mieszanie polimerów. Prekursorami były żywica furfuralowa i alkohol furfurylowy, a czynnikiem porotwórczym był glikol etylenowy. Strukturę porów kontrolowano poprzez dostosowanie zawartości trzech polimerów i otrzymano porowaty materiał o wielkości porów w zakresie od 0,008 do 5 µm. Niektórzy badacze udowodnili, że folię poliuretanowo-imidową (PUI) można karbonizować w celu uzyskania folii węglowej, a strukturę porów można kontrolować poprzez zmianę struktury molekularnej prepolimeru poliuretanowego (PU) [41]. Gdy PUI zostanie podgrzany do 200°C, wytworzy się PU i poliimid (PI). Gdy temperatura obróbki cieplnej wzrasta do 400°C, podczas pirolizy PU wytwarza się gaz, w wyniku czego na folii PI tworzy się struktura porów. Po karbonizacji otrzymuje się film węglowy. Ponadto metoda mieszania polimerów może również w pewnym stopniu poprawić niektóre właściwości fizyczne i mechaniczne materiału
Technologia regulacji aktywacji katalitycznej
Technologia regulacji aktywacji katalitycznej jest w rzeczywistości połączeniem metody aktywacji chemicznej i metody aktywacji gazem w wysokiej temperaturze. Ogólnie rzecz biorąc, substancje chemiczne dodaje się do surowców jako katalizatory, a katalizatory stosuje się do wspomagania procesu karbonizacji lub aktywacji w celu uzyskania porowatych materiałów węglowych. Ogólnie rzecz biorąc, metale na ogół mają działanie katalityczne, ale efekty katalityczne są różne.
W rzeczywistości zwykle nie ma oczywistej granicy pomiędzy regulacją aktywacji chemicznej a regulacją aktywacji katalitycznej materiałów porowatych. Dzieje się tak, ponieważ w obu metodach dodaje się odczynniki podczas procesu karbonizacji i aktywacji. Specyficzna rola tych odczynników decyduje o tym, czy metoda należy do kategorii aktywacji katalitycznej.
Sama struktura porowatego materiału węglowego, właściwości fizyczne i chemiczne katalizatora, warunki reakcji katalitycznej i sposób ładowania katalizatora mogą mieć różny wpływ na efekt regulacji. Wykorzystując węgiel kamienny jako surowiec, Mn(N03)2 i Cu(N03)2 jako katalizatory, można przygotować porowate materiały zawierające tlenki metali. Odpowiednia ilość tlenków metali może poprawić porowatość i objętość porów, ale działanie katalityczne różnych metali jest nieco inne. Cu(N03)2 może sprzyjać rozwojowi porów w zakresie 1,5 ~ 2,0 nm. Ponadto tlenki metali i sole nieorganiczne zawarte w popiele surowca również będą odgrywać rolę katalityczną w procesie aktywacji. Xie Qiang i in. [42] uważali, że katalityczna reakcja aktywacji pierwiastków takich jak wapń i żelazo w materii nieorganicznej może sprzyjać rozwojowi porów. Gdy zawartość tych dwóch pierwiastków jest zbyt duża, w produkcie znacząco wzrasta udział porów średnich i dużych.
Wniosek
Chociaż węgiel aktywny, jako najczęściej stosowany zielony porowaty materiał węglowy, odegrał ważną rolę w przemyśle i życiu, nadal ma ogromny potencjał poprawy w zakresie ekspansji surowców, redukcji kosztów, poprawy jakości, poprawy energii, przedłużenia żywotności i poprawy wytrzymałości . Znalezienie wysokiej jakości i tanich surowców węgla aktywnego, opracowanie czystej i wydajnej technologii produkcji węgla aktywnego oraz optymalizacja i regulacja struktury porów węgla aktywnego zgodnie z różnymi obszarami zastosowań będzie ważnym kierunkiem poprawy jakości produktów z węglem aktywnym i promowania wysokiej jakości rozwój przemysłu węgla aktywnego.
Czas publikacji: 27 sierpnia 2024 r