Tối ưu hóa cấu trúc lỗ rỗng carbon xốp -Ⅱ

Chào mừng bạn đến với trang web của chúng tôi để biết thông tin và tư vấn về sản phẩm.

Trang web của chúng tôi:https://www.vet-china.com/

Phương pháp kích hoạt vật lý và hóa học
Phương pháp kích hoạt vật lý và hóa học đề cập đến phương pháp chuẩn bị vật liệu xốp bằng cách kết hợp hai phương pháp kích hoạt trên. Nói chung, kích hoạt hóa học được thực hiện trước tiên, sau đó mới thực hiện kích hoạt vật lý. Đầu tiên ngâm cellulose trong dung dịch H3PO4 68% ~ 85% ở 85oC trong 2 giờ, sau đó cacbon hóa nó trong lò nung trong 4 giờ, sau đó kích hoạt nó bằng CO2. Diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính thu được cao tới 3700m2·g-1. Cố gắng sử dụng sợi sisal làm nguyên liệu thô và kích hoạt sợi than hoạt tính (ACF) thu được khi kích hoạt H3PO4 một lần, làm nóng nó đến 830oC trong môi trường bảo vệ N2, sau đó sử dụng hơi nước làm chất kích hoạt để kích hoạt thứ cấp. Diện tích bề mặt riêng của ACF thu được sau 60 phút kích hoạt đã được cải thiện đáng kể.

Đặc điểm hiệu suất cấu trúc lỗ chân lông của kích hoạtcacbon
Các phương pháp mô tả đặc tính hiệu suất than hoạt tính thường được sử dụng và hướng ứng dụng được trình bày trong Bảng 2. Các đặc điểm cấu trúc lỗ rỗng của vật liệu có thể được kiểm tra từ hai khía cạnh: phân tích dữ liệu và phân tích hình ảnh.

Tiến độ nghiên cứu công nghệ tối ưu hóa cấu trúc lỗ rỗng của than hoạt tính
Mặc dù than hoạt tính có nhiều lỗ chân lông và diện tích bề mặt riêng lớn nhưng nó có hiệu suất tuyệt vời trong nhiều lĩnh vực. Tuy nhiên, do tính chọn lọc nguyên liệu rộng và điều kiện chuẩn bị phức tạp, thành phẩm thường có nhược điểm là cấu trúc lỗ rỗng hỗn loạn, diện tích bề mặt riêng khác nhau, phân bố kích thước lỗ rỗng không đều và tính chất hóa học bề mặt hạn chế. Vì vậy, có những nhược điểm như liều lượng lớn, khả năng thích ứng hẹp trong quá trình ứng dụng, không đáp ứng được yêu cầu thị trường. Vì vậy, việc tối ưu hóa và điều chỉnh cấu trúc cũng như cải thiện hiệu suất sử dụng toàn diện của nó có ý nghĩa thực tiễn rất lớn. Các phương pháp thường được sử dụng để tối ưu hóa và điều chỉnh cấu trúc lỗ chân lông bao gồm điều hòa hóa học, trộn polyme và điều hòa kích hoạt xúc tác.

Công nghệ điều tiết hóa học
Công nghệ điều hòa hóa học đề cập đến quá trình kích hoạt thứ cấp (sửa đổi) vật liệu xốp thu được sau khi kích hoạt bằng thuốc thử hóa học, làm xói mòn các lỗ chân lông ban đầu, mở rộng các lỗ nhỏ hoặc tạo thêm các lỗ nhỏ mới để tăng diện tích bề mặt cụ thể và cấu trúc lỗ chân lông của vật liệu. Nói chung, thành phẩm của một lần kích hoạt thường được ngâm trong dung dịch hóa học 0,5 ~ 4 lần để điều chỉnh cấu trúc lỗ chân lông và tăng diện tích bề mặt riêng. Tất cả các loại dung dịch axit và kiềm có thể được sử dụng làm thuốc thử để kích hoạt thứ cấp.

Công nghệ biến đổi oxy hóa bề mặt axit
Sửa đổi quá trình oxy hóa bề mặt axit là một phương pháp điều chỉnh thường được sử dụng. Ở nhiệt độ thích hợp, chất oxy hóa axit có thể làm phong phú các lỗ chân lông bên trong than hoạt tính, cải thiện kích thước lỗ chân lông và nạo vét các lỗ chân lông bị tắc. Hiện nay, nghiên cứu trong và ngoài nước chủ yếu tập trung vào việc biến đổi axit vô cơ. HN03 là chất oxy hóa được sử dụng phổ biến và nhiều học giả sử dụng HN03 để biến tính than hoạt tính. Tông Li và cộng sự. [28] nhận thấy rằng HN03 có thể làm tăng hàm lượng các nhóm chức chứa oxy và chứa nitơ trên bề mặt than hoạt tính và cải thiện hiệu quả hấp phụ của thủy ngân.

Biến tính than hoạt tính bằng HN03, sau khi biến tính diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính giảm từ 652m2·g-1 xuống 241m2·g-1, kích thước lỗ trung bình tăng từ 1,27nm lên 1,641nm, khả năng hấp phụ của benzophenone trong xăng mô phỏng tăng 33,7%. Than hoạt tính gỗ biến tính với nồng độ HN03 lần lượt là 10% và 70% thể tích. Kết quả cho thấy diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính biến tính 10% HN03 tăng từ 925,45m2·g-1 lên 960,52m2·g-1; sau khi biến tính bằng 70% HN03 thì diện tích bề mặt riêng giảm xuống còn 935,89m2·g-1. Tỷ lệ loại bỏ Cu2+ bằng than hoạt tính biến tính với hai nồng độ HN03 lần lượt đạt trên 70% và 90%.

Đối với than hoạt tính dùng trong lĩnh vực hấp phụ, hiệu quả hấp phụ không chỉ phụ thuộc vào cấu trúc lỗ rỗng mà còn phụ thuộc vào tính chất hóa học bề mặt của chất hấp phụ. Cấu trúc lỗ rỗng quyết định diện tích bề mặt riêng và khả năng hấp phụ của than hoạt tính, trong khi tính chất hóa học bề mặt ảnh hưởng đến sự tương tác giữa than hoạt tính và chất hấp phụ. Cuối cùng, người ta phát hiện ra rằng việc biến đổi axit của than hoạt tính không chỉ có thể điều chỉnh cấu trúc lỗ bên trong than hoạt tính và làm sạch các lỗ bị tắc mà còn làm tăng hàm lượng các nhóm axit trên bề mặt vật liệu và tăng cường tính phân cực và tính ưa nước của bề mặt . Khả năng hấp phụ của EDTA bằng than hoạt tính biến tính HCI tăng 49,5% so với trước khi biến tính, tốt hơn so với biến tính HNO3.

Than hoạt tính thương mại biến tính lần lượt có HNO3 và H2O2! Diện tích bề mặt cụ thể sau khi sửa đổi lần lượt là 91,3% và 80,8% so với trước khi sửa đổi. Các nhóm chức chứa oxy mới như carboxyl, carbonyl và phenol đã được thêm vào bề mặt. Khả năng hấp phụ của nitrobenzen khi biến tính HNO3 là tốt nhất, gấp 3,3 lần so với trước khi biến tính. Người ta nhận thấy rằng sự gia tăng hàm lượng các nhóm chức chứa oxy trong than hoạt tính sau khi biến tính axit dẫn đến sự gia tăng số lượng bề mặt điểm hoạt động, có ảnh hưởng trực tiếp đến việc cải thiện khả năng hấp phụ của chất hấp phụ mục tiêu.

So với các axit vô cơ, có rất ít báo cáo về sự biến đổi axit hữu cơ của than hoạt tính. So sánh ảnh hưởng của sự biến tính axit hữu cơ đến tính chất cấu trúc lỗ xốp của than hoạt tính và khả năng hấp phụ của metanol. Sau khi biến tính, diện tích bề mặt riêng và tổng thể tích lỗ rỗng của than hoạt tính giảm. Độ axit càng mạnh thì mức giảm càng lớn. Sau khi biến tính bằng axit oxalic, axit tartaric và axit xitric, diện tích bề mặt riêng của than hoạt tính giảm lần lượt từ 898,59m2·g-1 xuống còn 788,03m2·g-1, 685,16m2·g-1 và 622,98m2·g-1. Tuy nhiên, độ xốp vi mô của than hoạt tính tăng lên sau khi biến tính. Độ xốp vi mô của than hoạt tính biến tính bằng axit xitric tăng từ 75,9% lên 81,5%.

Axit oxalic và axit tartaric biến tính có lợi cho việc hấp phụ metanol, trong khi axit xitric có tác dụng ức chế. Tuy nhiên, J.Paul Chen và cộng sự. [35] nhận thấy rằng than hoạt tính được biến đổi bằng axit xitric có thể tăng cường khả năng hấp phụ của các ion đồng. Lin Tang và cộng sự. [36] than hoạt tính thương mại biến đổi với axit formic, axit oxalic và axit aminosulfonic. Sau khi sửa đổi, diện tích bề mặt riêng và thể tích lỗ rỗng đã giảm. Các nhóm chức chứa oxy như 0-HC-0, C-0 và S=0 được hình thành trên bề mặt của thành phẩm, và xuất hiện các rãnh khắc không đều và tinh thể màu trắng. Khả năng hấp phụ cân bằng của axeton và isopropanol cũng tăng lên đáng kể.

Công nghệ biến tính dung dịch kiềm
Một số học giả còn sử dụng dung dịch kiềm để thực hiện hoạt hóa thứ cấp trên than hoạt tính. Ngâm than hoạt tính gốc than tự chế bằng dung dịch Na0H có nồng độ khác nhau để kiểm soát cấu trúc lỗ xốp. Kết quả cho thấy nồng độ kiềm thấp hơn có lợi cho việc mở rộng và mở rộng lỗ chân lông. Hiệu quả tốt nhất đạt được khi nồng độ khối lượng là 20%. Than hoạt tính có diện tích bề mặt riêng cao nhất (681m2·g-1) và thể tích lỗ xốp (0,5916cm3·g-1). Khi nồng độ khối lượng của Na0H vượt quá 20%, cấu trúc lỗ rỗng của than hoạt tính bị phá hủy và các thông số cấu trúc lỗ rỗng bắt đầu giảm. Điều này là do dung dịch Na0H nồng độ cao sẽ ăn mòn khung carbon và một số lượng lớn lỗ chân lông sẽ xẹp xuống.

Điều chế than hoạt tính hiệu suất cao bằng cách trộn polyme. Tiền chất là nhựa furfural và rượu furfuryl, và ethylene glycol là chất tạo lỗ chân lông. Cấu trúc lỗ rỗng được kiểm soát bằng cách điều chỉnh hàm lượng của ba polyme và thu được vật liệu xốp có kích thước lỗ rỗng trong khoảng 0,008 đến 5 μm. Một số học giả đã chứng minh rằng màng polyurethane-imide (PUI) có thể được cacbon hóa để thu được màng carbon và cấu trúc lỗ rỗng có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi cấu trúc phân tử của chất chuẩn bị polyurethane (PU) [41]. Khi PUI được làm nóng đến 200°C, PU và polyimide (PI) sẽ được tạo ra. Khi nhiệt độ xử lý nhiệt tăng lên 400°C, quá trình nhiệt phân PU tạo ra khí, dẫn đến hình thành cấu trúc lỗ rỗng trên màng PI. Sau khi cacbon hóa sẽ thu được màng cacbon. Ngoài ra, phương pháp trộn polyme còn có thể cải thiện một số tính chất cơ lý của vật liệu ở một mức độ nhất định.

Công nghệ điều hòa kích hoạt xúc tác
Công nghệ điều hòa kích hoạt xúc tác thực chất là sự kết hợp giữa phương pháp kích hoạt hóa học và phương pháp kích hoạt khí ở nhiệt độ cao. Nói chung, các chất hóa học được thêm vào nguyên liệu thô làm chất xúc tác và chất xúc tác được sử dụng để hỗ trợ quá trình cacbon hóa hoặc kích hoạt để thu được vật liệu cacbon xốp. Nói chung, kim loại thường có tác dụng xúc tác, nhưng tác dụng xúc tác là khác nhau.

Trên thực tế, thường không có ranh giới rõ ràng giữa điều hòa hoạt hóa hóa học và điều hòa hoạt hóa xúc tác của vật liệu xốp. Điều này là do cả hai phương pháp đều bổ sung thêm thuốc thử trong quá trình cacbon hóa và kích hoạt. Vai trò cụ thể của các thuốc thử này xác định liệu phương pháp này có thuộc loại kích hoạt xúc tác hay không.

Cấu trúc của vật liệu carbon xốp, tính chất vật lý và hóa học của chất xúc tác, điều kiện phản ứng xúc tác và phương pháp nạp chất xúc tác đều có thể có mức độ ảnh hưởng khác nhau đến hiệu quả điều chỉnh. Sử dụng than bitum làm nguyên liệu thô, Mn(N03)2 và Cu(N03)2 làm chất xúc tác có thể điều chế được vật liệu xốp chứa oxit kim loại. Lượng oxit kim loại thích hợp có thể cải thiện độ xốp và thể tích lỗ rỗng, nhưng tác dụng xúc tác của các kim loại khác nhau hơi khác nhau. Cu(N03)2 có thể thúc đẩy sự phát triển của lỗ chân lông trong khoảng 1,5 ~ 2,0nm. Ngoài ra, các oxit kim loại và muối vô cơ có trong tro nguyên liệu cũng sẽ đóng vai trò xúc tác trong quá trình hoạt hóa. Xie Qiang và cộng sự. [42] tin rằng phản ứng kích hoạt xúc tác của các nguyên tố như canxi và sắt trong chất vô cơ có thể thúc đẩy sự phát triển của lỗ chân lông. Khi hàm lượng 2 nguyên tố này quá cao thì tỷ lệ lỗ rỗng vừa và lớn trong sản phẩm tăng lên đáng kể.

Phần kết luận
Mặc dù than hoạt tính, là vật liệu carbon xốp xanh được sử dụng rộng rãi nhất, đã đóng một vai trò quan trọng trong công nghiệp và đời sống, nhưng nó vẫn có tiềm năng lớn để cải thiện việc mở rộng nguyên liệu thô, giảm chi phí, cải thiện chất lượng, cải thiện năng lượng, kéo dài tuổi thọ và cải thiện sức mạnh. . Việc tìm kiếm nguyên liệu than hoạt tính chất lượng cao, giá rẻ, phát triển công nghệ sản xuất than hoạt tính sạch, hiệu quả, tối ưu hóa và điều hòa cấu trúc lỗ rỗng của than hoạt tính theo các lĩnh vực ứng dụng khác nhau sẽ là hướng quan trọng để nâng cao chất lượng sản phẩm than hoạt tính và thúc đẩy sự phát triển chất lượng cao của ngành công nghiệp than hoạt tính.