Otimização da estrutura porosa dos poros de carbono-Ⅰ

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Este artigo analisa o mercado atual de carvão ativado, realiza uma análise aprofundada das matérias-primas do carvão ativado, apresenta os métodos de caracterização da estrutura dos poros, métodos de produção, fatores de influência e progresso da aplicação do carvão ativado e analisa os resultados da pesquisa de carvão ativado. tecnologia de otimização da estrutura de poros, com o objetivo de promover o carvão ativado para desempenhar um papel maior na aplicação de tecnologias verdes e de baixo carbono.

Preparação de carvão ativado
De modo geral, a preparação do carvão ativado é dividida em duas etapas: carbonização e ativação

Processo de carbonização
A carbonização refere-se ao processo de aquecimento do carvão bruto em alta temperatura sob a proteção de gás inerte para decompor sua matéria volátil e obter produtos carbonizados intermediários. A carbonização pode atingir o objetivo esperado ajustando os parâmetros do processo. Estudos demonstraram que a temperatura de ativação é um parâmetro chave do processo que afeta as propriedades de carbonização. Jie Qiang et al. estudaram o efeito da taxa de aquecimento da carbonização no desempenho do carvão ativado em uma mufla e descobriram que uma taxa mais baixa ajuda a melhorar o rendimento de materiais carbonizados e a produzir materiais de alta qualidade.

Processo de ativação
A carbonização pode fazer com que as matérias-primas formem uma estrutura microcristalina semelhante à grafite e gerem uma estrutura de poros primários. No entanto, estes poros são desordenados ou bloqueados e fechados por outras substâncias, resultando numa pequena área superficial específica e necessitando de activação adicional. A ativação é o processo de enriquecimento adicional da estrutura dos poros do produto carbonizado, que é realizado principalmente através da reação química entre o ativador e a matéria-prima: pode promover a formação de estrutura microcristalina porosa.

A ativação passa principalmente por três etapas no processo de enriquecimento dos poros do material:
(1) Abrindo os poros fechados originais (através dos poros);
(2) Ampliação dos poros originais (expansão dos poros);
(3) Formação de novos poros (criação de poros);

Esses três efeitos não são realizados isoladamente, mas ocorrem simultânea e sinergicamente. De um modo geral, através de poros e criação de poros conduzem ao aumento do número de poros, especialmente microporos, o que é benéfico para a preparação de materiais porosos com alta porosidade e grande área superficial específica, enquanto a expansão excessiva dos poros fará com que os poros se fundam e se conectem , convertendo microporos em poros maiores. Portanto, para obter materiais de carvão ativado com poros desenvolvidos e grande área superficial específica, é necessário evitar ativação excessiva. Os métodos de ativação de carvão ativado comumente usados ​​incluem método químico, método físico e método físico-químico.

Método de ativação química
O método de ativação química refere-se a um método de adição de reagentes químicos às matérias-primas e, em seguida, aquecê-los através da introdução de gases protetores como N2 e Ar em um forno de aquecimento para carbonizá-los e ativá-los ao mesmo tempo. Os ativadores comumente usados ​​são geralmente NaOH, KOH e H3P04. O método de ativação química tem as vantagens de baixa temperatura de ativação e alto rendimento, mas também apresenta problemas como grande corrosão, dificuldade de remoção de reagentes de superfície e grave poluição ambiental.

Método de ativação física
O método de ativação física refere-se à carbonização das matérias-primas diretamente no forno e, em seguida, reagir com gases como CO2 e H20 introduzidos em alta temperatura para atingir o objetivo de aumentar e expandir os poros, mas o método de ativação física tem baixa controlabilidade dos poros estrutura. Dentre eles, o CO2 é amplamente utilizado na preparação de carvão ativado por ser limpo, de fácil obtenção e de baixo custo. Utilizar casca de coco carbonizada como matéria-prima e ativá-la com CO2 para preparar carvão ativado com microporos desenvolvidos, com área superficial específica e volume total de poros de 1653m2·g-1 e 0,1045cm3·g-1, respectivamente. O desempenho atingiu o padrão de uso de carvão ativado para capacitores de dupla camada.

Ativar pedra de nêspera com CO2 para preparar carvão superativado, após ativação a 1100°C por 30 minutos, a área superficial específica e o volume total de poros atingiram até 3500m2·g-1 e 1,84cm3·g-1, respectivamente. Use CO2 para realizar a ativação secundária em carvão ativado comercial com casca de coco. Após a ativação, os microporos do produto acabado foram estreitados, o volume dos microporos aumentou de 0,21 cm3·g-1 para 0,27 cm3·g-1, a área superficial específica aumentou de 627,22 m2·g-1 para 822,71 m2·g-1 , e a capacidade de adsorção do fenol foi aumentada em 23,77%.

Outros estudiosos estudaram os principais fatores de controle do processo de ativação do CO2. Mohammad et al. [21] descobriram que a temperatura é o principal fator de influência quando o CO2 é usado para ativar a serragem de borracha. A área superficial específica, o volume dos poros e a microporosidade do produto acabado aumentaram primeiro e depois diminuíram com o aumento da temperatura. Cheng Song et al. [22] usaram metodologia de superfície de resposta para analisar o processo de ativação de CO2 de cascas de noz macadâmia. Os resultados mostraram que a temperatura e o tempo de ativação têm maior influência no desenvolvimento de microporos de carvão ativado.