Оптимізація структури пор пористого вуглецю -Ⅱ

Ласкаво просимо на наш веб-сайт для отримання інформації та консультацій щодо продуктів.

Наш сайт:https://www.vet-china.com/

 

Фізико-хімічний метод активації

Фізико-хімічний метод активації відноситься до методу приготування пористих матеріалів шляхом поєднання двох вищезазначених методів активації. Як правило, спочатку виконується хімічна активація, а потім фізична активація. Спочатку замочіть целюлозу в 68% ~ 85% розчині H3PO4 при 85 ℃ протягом 2 годин, потім карбонізуйте її в муфельній печі протягом 4 годин, а потім активуйте її CO2. Питома площа поверхні отриманого активованого вугілля досягала 3700 м2·г-1. Спробуйте використати волокно сизалю як сировину та активуйте активоване вугільне волокно (ACF), отримане шляхом активації H3PO4, нагрійте його до 830 ℃ під захистом N2, а потім використовуйте водяну пару як активатор для вторинної активації. Питома площа поверхні ACF, отримана після 60 хвилин активації, була значно покращена.

 

Характеристика характеристик порової структури активованоговуглець

 
Зазвичай використовувані методи характеристики ефективності активованого вугілля та напрямки застосування наведені в таблиці 2. Характеристики пористої структури матеріалу можна перевірити з двох аспектів: аналізу даних та аналізу зображень.

 

Прогрес досліджень технології оптимізації структури пор активованого вугілля

Незважаючи на те, що активоване вугілля має багаті пори та величезну питому поверхню, воно має чудову ефективність у багатьох сферах. Однак через широку селективність сировини та складні умови приготування готові продукти, як правило, мають такі недоліки, як хаотична структура пор, різна питома площа поверхні, невпорядкований розподіл розмірів пор та обмежені хімічні властивості поверхні. Таким чином, існують такі недоліки, як велике дозування та вузька адаптивність у процесі застосування, які не можуть відповідати вимогам ринку. Тому велике практичне значення має оптимізація та регулювання структури та покращення її комплексної ефективності використання. Зазвичай використовувані методи оптимізації та регулювання структури пор включають хімічне регулювання, змішування полімерів і регулювання каталітичної активації.

 

Технологія хімічного регулювання

Технологія хімічного регулювання відноситься до процесу вторинної активації (модифікації) пористих матеріалів, отриманих після активації хімічними реагентами, руйнування початкових пор, розширення мікропор або подальшого створення нових мікропор для збільшення питомої площі поверхні та структури пор матеріалу. Загалом, готовий продукт однієї активації зазвичай занурюють у 0,5-4 рази хімічного розчину для регулювання структури пор і збільшення питомої площі поверхні. В якості реагентів для вторинної активації можна використовувати всі види розчинів кислот і лугів.

 

Технологія кислотного окиснення поверхні

Модифікація поверхневого окислення кислотою є широко використовуваним методом регулювання. За відповідної температури кислотні окислювачі можуть збагатити пори всередині активованого вугілля, збільшити його розмір і поглинати заблоковані пори. В даний час вітчизняні та зарубіжні дослідження в основному зосереджені на модифікації неорганічних кислот. HN03 є широко використовуваним окислювачем, і багато вчених використовують HN03 для модифікації активованого вугілля. Тонг Лі та ін. [28] виявили, що HN03 може підвищувати вміст оксигеновмісних і азотовмісних функціональних груп на поверхні активованого вугілля і покращувати адсорбційний ефект ртуті.

Модифікуючи активоване вугілля HN03, після модифікації питома поверхня активованого вугілля зменшилася з 652 м2·г-1 до 241м2·г-1, середній розмір пор збільшився з 1,27 нм до 1,641 нм, а адсорбційна здатність бензофенону у імітаційному бензині збільшився на 33,7%. Активоване вугілля для модифікації деревини з об’ємною концентрацією HN03 10% і 70% відповідно. Результати показують, що питома поверхня активованого вугілля, модифікованого 10% HN03, збільшилася з 925,45 м2·г-1 до 960,52 м2·г-1; після модифікації 70% HN03 питома поверхня зменшилася до 935,89 м2·г-1. Швидкість видалення Cu2+ активованим вугіллям, модифікованим двома концентраціями HN03, була вище 70% і 90% відповідно.

Для активованого вугілля, що використовується в області адсорбції, адсорбційний ефект залежить не тільки від структури пор, але і від хімічних властивостей поверхні адсорбенту. Структура пор визначає питому площу поверхні та адсорбційну здатність активованого вугілля, а хімічні властивості поверхні впливають на взаємодію між активованим вугіллям і адсорбатом. Нарешті було виявлено, що кислотна модифікація активованого вугілля може не тільки відкоригувати структуру пор всередині активованого вугілля та очистити заблоковані пори, але також збільшити вміст кислотних груп на поверхні матеріалу та підвищити полярність та гідрофільність поверхні. . Адсорбційна здатність EDTA активованим вугіллям, модифікованим HCl, зросла на 49,5% порівняно з такою до модифікації, що було краще, ніж у модифікації HNO3.

Модифіковане комерційне активоване вугілля з HNO3 та H2O2 відповідно! Питома поверхня після модифікації становила 91,3% і 80,8% від площі до модифікації відповідно. На поверхню були додані нові кисневмісні функціональні групи, такі як карбоксильна, карбонільна та фенольна. Найкращою була адсорбційна здатність нітробензолу за модифікації HNO3, яка була в 3,3 рази порівняно з до модифікації. Встановлено, що збільшення вмісту оксигеновмісних функціональних груп в активованому вугіллі після кислотної модифікації призводило до збільшення кількості поверхневих активних точок, що безпосередньо впливало на підвищення адсорбційної здатності цільового адсорбату.

У порівнянні з неорганічними кислотами існує небагато повідомлень про модифікацію активованого вугілля органічними кислотами. Порівняйте вплив модифікації органічної кислоти на властивості структури пор активованого вугілля та адсорбцію метанолу. Після модифікації питома поверхня та загальний об’єм пор активованого вугілля зменшилися. Чим сильніше кислотність, тим більше зниження. Після модифікації щавлевою кислотою, винною кислотою та лимонною кислотою питома поверхня активованого вугілля зменшилася з 898,59 м2·г-1 до 788,03 м2·г-1, 685,16 м2·г-1 і 622,98 м2·г-1 відповідно. Однак мікропористість активованого вугілля збільшилася після модифікації. Мікропористість активованого вугілля, модифікованого лимонною кислотою, зросла з 75,9% до 81,5%.

Щавлева кислота та модифікація винної кислоти сприяють адсорбції метанолу, тоді як лимонна кислота має інгібуючий ефект. Однак J.Paul Chen та ін. [35] виявили, що активоване вугілля, модифіковане лимонною кислотою, може посилити адсорбцію іонів міді. Lin Tang та ін. [36] модифіковане комерційне активоване вугілля мурашиною кислотою, щавлевою кислотою та аміносульфоновою кислотою. Після модифікації питома поверхня та об’єм пор були зменшені. Кисневмісні функціональні групи, такі як 0-HC-0, C-0 і S=0, утворилися на поверхні готового продукту, з’явилися нерівномірні протравлені канали та білі кристали. Рівноважна адсорбційна здатність ацетону та ізопропанолу також істотно зросла.

 

Технологія модифікації лужного розчину

Деякі вчені також використовували лужний розчин для вторинної активації активованого вугілля. Просочіть саморобний активоване вугілля на основі вугілля розчином Na0H різної концентрації для контролю структури пор. Результати показали, що менша концентрація лугу сприяла збільшенню та розширенню пор. Найкращий ефект досягався при масовій концентрації 20%. Найвищу питому поверхню (681 м2·г-1) та об’єм пор (0,5916 см3·г-1) мав активоване вугілля. Коли масова концентрація Na0H перевищує 20%, структура пор активованого вугілля руйнується і параметри структури пор починають знижуватися. Це пояснюється тим, що висока концентрація розчину Na0H роз’їдає вуглецевий скелет і велика кількість пор зруйнується.

Приготування високоефективного активованого вугілля шляхом змішування полімерів. Попередниками були фурфуролова смола та фурфуриловий спирт, а пороутворювачем був етиленгліколь. Структуру пор контролювали шляхом регулювання вмісту трьох полімерів, і було отримано пористий матеріал з розміром пор від 0,008 до 5 мкм. Деякі вчені довели, що поліуретанімідну плівку (PUI) можна карбонізувати для отримання вуглецевої плівки, а структуру пор можна контролювати шляхом зміни молекулярної структури преполімеру поліуретану (PU) [41]. Коли PUI нагрівається до 200°C, утворюється PU та поліімід (PI). Коли температура термічної обробки підвищується до 400°C, піроліз поліуретану утворює газ, що призводить до утворення пористої структури на поліетиленовій плівці. Після карбонізації виходить вугільна плівка. Крім того, метод змішування полімерів також може до певної міри покращити деякі фізичні та механічні властивості матеріалу

 

Технологія регулювання каталітичної активації

Технологія регулювання каталітичної активації фактично є комбінацією методу хімічної активації та методу активації високотемпературним газом. Як правило, хімічні речовини додають до сировини як каталізатори, і каталізатори використовують для сприяння процесу карбонізації або активації для отримання пористих вуглецевих матеріалів. Взагалі кажучи, метали зазвичай мають каталітичні ефекти, але каталітичні ефекти відрізняються.

Насправді зазвичай немає чіткої межі між регулюванням хімічної активації та регулюванням каталітичної активації пористих матеріалів. Це тому, що обидва методи додають реагенти під час процесу карбонізації та активації. Конкретна роль цих реагентів визначає, чи належить метод до категорії каталітичної активації.

Структура самого пористого вуглецевого матеріалу, фізичні та хімічні властивості каталізатора, умови каталітичної реакції та спосіб завантаження каталізатора можуть мати різний ступінь впливу на ефект регулювання. Використовуючи бітумінозне вугілля як сировину, Mn(N03)2 і Cu(N03)2 як каталізатори, можна отримати пористі матеріали, що містять оксиди металів. Відповідна кількість оксидів металів може покращити пористість і об’єм пор, але каталітичні ефекти різних металів дещо відрізняються. Cu(N03)2 може сприяти розвитку пор у діапазоні 1,5~2,0 нм. Крім того, оксиди металів і неорганічні солі, що містяться в золі сировини, також відіграватимуть каталітичну роль у процесі активації. Се Цян та ін. [42] вважали, що реакція каталітичної активації таких елементів, як кальцій і залізо в неорганічній речовині, може сприяти розвитку пор. Коли вміст цих двох елементів занадто високий, частка середніх і великих пор у продукті значно збільшується.

 

Висновок

Незважаючи на те, що активоване вугілля, як найбільш широко використовуваний зелений пористий вуглецевий матеріал, відіграє важливу роль у промисловості та побуті, воно все ще має великий потенціал для покращення розширення сировини, зниження витрат, покращення якості, покращення енергії, продовження терміну експлуатації та підвищення міцності . Пошук високоякісної та дешевої сировини для активованого вугілля, розробка чистої та ефективної технології виробництва активованого вугілля, а також оптимізація та регулювання структури пор активованого вугілля відповідно до різних областей застосування буде важливим напрямком для покращення якості продуктів з активованим вугіллям та просування якісний розвиток промисловості активованого вугілля.