Otimização da estrutura porosa dos poros de carbono -Ⅱ

Bem-vindo ao nosso site para informações e consultas sobre produtos.

Nosso site:https://www.vet-china.com/

 

Método de ativação física e química

O método de ativação física e química refere-se ao método de preparação de materiais porosos combinando os dois métodos de ativação acima. Geralmente, a ativação química é realizada primeiro e depois a ativação física é realizada. Primeiramente mergulhe a celulose em solução de H3PO4 68% ~ 85% a 85 ℃ por 2h, depois carbonize-a em uma mufla por 4h e depois ative-a com CO2. A área superficial específica do carvão ativado obtido chegou a 3700m2·g-1. Tente usar fibra de sisal como matéria-prima e ative a fibra de carbono ativado (ACF) obtida pela ativação do H3PO4 uma vez, aqueça-a a 830 ℃ sob proteção de N2 e depois use vapor de água como ativador para ativação secundária. A área superficial específica do ACF obtida após 60 minutos de ativação melhorou significativamente.

 

Caracterização do desempenho da estrutura porosa de ativadocarbono

 
Os métodos de caracterização de desempenho de carvão ativado comumente usados ​​​​e as instruções de aplicação são mostrados na Tabela 2. As características da estrutura dos poros do material podem ser testadas a partir de dois aspectos: análise de dados e análise de imagem.

 

Progresso da pesquisa da tecnologia de otimização da estrutura dos poros do carvão ativado

Embora o carvão ativado tenha poros ricos e uma enorme área de superfície específica, ele apresenta excelente desempenho em muitos campos. No entanto, devido à sua ampla seletividade de matéria-prima e condições de preparação complexas, os produtos acabados geralmente apresentam as desvantagens de estrutura de poros caótica, área superficial específica diferente, distribuição desordenada do tamanho dos poros e propriedades químicas superficiais limitadas. Portanto, existem desvantagens como grande dosagem e estreita adaptabilidade no processo de aplicação, que não atende às exigências do mercado. Portanto, é de grande importância prática otimizar e regular a estrutura e melhorar o seu desempenho de utilização abrangente. Os métodos comumente usados ​​para otimizar e regular a estrutura dos poros incluem regulação química, mistura de polímeros e regulação de ativação catalítica.

 

Tecnologia de regulação química

A tecnologia de regulação química refere-se ao processo de ativação secundária (modificação) de materiais porosos obtidos após ativação com reagentes químicos, corroendo os poros originais, expandindo os microporos ou criando ainda novos microporos para aumentar a área superficial específica e a estrutura dos poros do material. De modo geral, o produto acabado de uma ativação é geralmente imerso em 0,5 a 4 vezes de solução química para regular a estrutura dos poros e aumentar a área superficial específica. Todos os tipos de soluções ácidas e alcalinas podem ser usadas como reagentes para ativação secundária.

 

Tecnologia de modificação de oxidação de superfície ácida

A modificação da oxidação da superfície ácida é um método de regulação comumente usado. A uma temperatura apropriada, os oxidantes ácidos podem enriquecer os poros dentro do carvão ativado, melhorar o tamanho dos poros e dragar os poros bloqueados. Atualmente, a pesquisa nacional e estrangeira concentra-se principalmente na modificação de ácidos inorgânicos. HN03 é um oxidante comumente usado e muitos estudiosos usam HN03 para modificar o carvão ativado. Tong Li et al. [28] descobriram que o HN03 pode aumentar o conteúdo de grupos funcionais contendo oxigênio e nitrogênio na superfície do carvão ativado e melhorar o efeito de adsorção do mercúrio.

Modificando o carvão ativado com HN03, após a modificação, a área superficial específica do carvão ativado diminuiu de 652m2·g-1 para 241m2·g-1, o tamanho médio dos poros aumentou de 1,27nm para 1,641nm e a capacidade de adsorção da benzofenona na gasolina simulada aumentou 33,7%. Carvão ativado de madeira modificador com concentração volumétrica de 10% e 70% de HN03, respectivamente. Os resultados mostram que a área superficial específica do carvão ativado modificado com 10% de HN03 aumentou de 925,45m2·g-1 para 960,52m2·g-1; após modificação com 70% de HN03, a área superficial específica diminuiu para 935,89m2·g-1. As taxas de remoção de Cu2+ pelo carvão ativado modificado com duas concentrações de HN03 foram superiores a 70% e 90%, respectivamente.

Para carvão ativado utilizado na área de adsorção, o efeito de adsorção depende não apenas da estrutura dos poros, mas também das propriedades químicas da superfície do adsorvente. A estrutura dos poros determina a área superficial específica e a capacidade de adsorção do carvão ativado, enquanto as propriedades químicas da superfície afetam a interação entre o carvão ativado e o adsorbato. Finalmente, descobriu-se que a modificação ácida do carvão ativado pode não apenas ajustar a estrutura dos poros dentro do carvão ativado e limpar os poros bloqueados, mas também aumentar o conteúdo de grupos ácidos na superfície do material e aumentar a polaridade e hidrofilicidade da superfície. . A capacidade de adsorção do EDTA pelo carvão ativado modificado pelo HCI aumentou 49,5% em comparação com antes da modificação, o que foi melhor que a da modificação do HNO3.

Carvão ativado comercial modificado com HNO3 e H2O2 respectivamente! As áreas superficiais específicas após a modificação foram 91,3% e 80,8% daquelas antes da modificação, respectivamente. Novos grupos funcionais contendo oxigênio, como carboxila, carbonila e fenol, foram adicionados à superfície. A capacidade de adsorção do nitrobenzeno pela modificação do HNO3 foi a melhor, 3,3 vezes maior que antes da modificação. Verifica-se que o aumento no conteúdo de grupos funcionais contendo oxigênio no carvão ativado após a modificação do ácido levou a um aumento no número de superfície pontos ativos, que tiveram efeito direto na melhoria da capacidade de adsorção do adsorbato alvo.

Em comparação com os ácidos inorgânicos, há poucos relatos sobre a modificação dos ácidos orgânicos do carvão ativado. Compare os efeitos da modificação do ácido orgânico nas propriedades da estrutura dos poros do carvão ativado e na adsorção do metanol. Após a modificação, a área superficial específica e o volume total de poros do carvão ativado diminuíram. Quanto mais forte for a acidez, maior será a diminuição. Após modificação com ácido oxálico, ácido tartárico e ácido cítrico, a área superficial específica do carvão ativado diminuiu de 898,59m2·g-1 para 788,03m2·g-1, 685,16m2·g-1 e 622,98m2·g-1 respectivamente. Porém, a microporosidade do carvão ativado aumentou após a modificação. A microporosidade do carvão ativado modificado com ácido cítrico aumentou de 75,9% para 81,5%.

A modificação do ácido oxálico e do ácido tartárico é benéfica para a adsorção do metanol, enquanto o ácido cítrico tem um efeito inibitório. No entanto, J.Paul Chen et al. [35] descobriram que o carvão ativado modificado com ácido cítrico pode aumentar a adsorção de íons de cobre. Lin Tang et al. [36] carvão ativado comercial modificado com ácido fórmico, ácido oxálico e ácido aminossulfônico. Após a modificação, a área superficial específica e o volume dos poros foram reduzidos. Grupos funcionais contendo oxigênio, como 0-HC-0, C-0 e S=0, foram formados na superfície do produto acabado, e canais gravados irregulares e cristais brancos apareceram. A capacidade de adsorção de equilíbrio da acetona e do isopropanol também aumentou significativamente.

 

Tecnologia de modificação de solução alcalina

Alguns estudiosos também usaram solução alcalina para realizar a ativação secundária no carvão ativado. Impregnar carvão ativado caseiro à base de carvão com solução Na0H de diferentes concentrações para controlar a estrutura dos poros. Os resultados mostraram que uma concentração mais baixa de álcali conduziu ao aumento e expansão dos poros. O melhor efeito foi alcançado quando a concentração de massa foi de 20%. O carvão ativado apresentou maior área superficial específica (681m2·g-1) e volume de poros (0,5916cm3·g-1). Quando a concentração mássica de Na0H excede 20%, a estrutura dos poros do carvão ativado é destruída e os parâmetros da estrutura dos poros começam a diminuir. Isso ocorre porque a alta concentração de solução de Na0H corroerá o esqueleto de carbono e um grande número de poros entrará em colapso.

Preparação de carvão ativado de alto desempenho por mistura de polímeros. Os precursores foram resina furfural e álcool furfurílico, e o etilenoglicol foi o agente formador de poros. A estrutura dos poros foi controlada ajustando o teor dos três polímeros, e foi obtido um material poroso com tamanho de poro entre 0,008 e 5 μm. Alguns estudiosos provaram que o filme de poliuretano-imida (PUI) pode ser carbonizado para obter filme de carbono, e a estrutura dos poros pode ser controlada alterando a estrutura molecular do pré-polímero de poliuretano (PU) [41]. Quando o PUI é aquecido a 200°C, serão gerados PU e poliimida (PI). Quando a temperatura do tratamento térmico sobe para 400°C, a pirólise do PU produz gás, resultando na formação de uma estrutura de poros no filme PI. Após a carbonização, obtém-se um filme de carbono. Além disso, o método de mistura de polímeros também pode melhorar algumas propriedades físicas e mecânicas do material até certo ponto

 

Tecnologia de regulação de ativação catalítica

A tecnologia de regulação de ativação catalítica é na verdade uma combinação de método de ativação química e método de ativação de gás de alta temperatura. Geralmente, substâncias químicas são adicionadas às matérias-primas como catalisadores, e os catalisadores são usados ​​para auxiliar o processo de carbonização ou ativação para obter materiais de carbono porosos. De modo geral, os metais geralmente têm efeitos catalíticos, mas os efeitos catalíticos variam.

Na verdade, geralmente não existe uma fronteira óbvia entre a regulação da ativação química e a regulação da ativação catalítica de materiais porosos. Isso ocorre porque ambos os métodos adicionam reagentes durante o processo de carbonização e ativação. O papel específico destes reagentes determina se o método pertence à categoria de ativação catalítica.

A estrutura do próprio material de carbono poroso, as propriedades físicas e químicas do catalisador, as condições da reação catalítica e o método de carregamento do catalisador podem ter diferentes graus de influência no efeito de regulação. Usando carvão betuminoso como matéria-prima, Mn(N03)2 e Cu(N03)2 como catalisadores podem preparar materiais porosos contendo óxidos metálicos. A quantidade apropriada de óxidos metálicos pode melhorar a porosidade e o volume dos poros, mas os efeitos catalíticos de diferentes metais são ligeiramente diferentes. Cu (N03) 2 pode promover o desenvolvimento de poros na faixa de 1,5 ~ 2,0 nm. Além disso, os óxidos metálicos e os sais inorgânicos contidos nas cinzas da matéria-prima também desempenharão um papel catalítico no processo de ativação. Xie Qiang et al. [42] acreditam que a reação de ativação catalítica de elementos como cálcio e ferro na matéria inorgânica pode promover o desenvolvimento de poros. Quando o teor destes dois elementos é muito elevado, a proporção de poros médios e grandes no produto aumenta significativamente.

 

Conclusão

Embora o carvão ativado, como o material de carbono poroso verde mais amplamente utilizado, tenha desempenhado um papel importante na indústria e na vida, ele ainda tem grande potencial para melhoria na expansão da matéria-prima, redução de custos, melhoria da qualidade, melhoria da energia, extensão da vida e melhoria da resistência. . Encontrar matérias-primas de carvão ativado baratas e de alta qualidade, desenvolver tecnologia de produção de carvão ativado limpa e eficiente e otimizar e regular a estrutura de poros do carvão ativado de acordo com diferentes campos de aplicação será uma direção importante para melhorar a qualidade dos produtos de carvão ativado e promover o desenvolvimento de alta qualidade da indústria de carvão ativado.