석탄-탄소 전환
제 24 호. 2A 홍보. 200 1
슈퍼 활성탄의 제조, 구조 및 성질에 관한 연구 진행
엄송리 여랑
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엑스선
슈퍼 활성탄은 새로운 유형의 고효율 흡착 기능성 물질입니다. 고비비 표면적, 밀집된 마이크로공 분포, 우수한 흡착 성능으로 인해 점점 더 많은 관심을 받고 있으며 많은 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 슈퍼 활성탄의 제비, 구조 및 성능의 연구 진전을 종합하여 서술하였다.
슈퍼활성탄, 비 표면적, 화학활성화법, 구멍구조, 표면화학구조, 흡착성능
중국 도서관 분류 번호 TQ 424. 1
화학법, 화학활성화법, 물리화학연합활성화법. 그 중 더 흔한 것은
0 견적
활성탄은 광범위한 스펙트럼 흡착제로, 그 흡착 용량은 주로
활성탄의 비 표면적 및 기공 크기 분포에 따라 다릅니다. 기존의 활성탄은 표면적보다 작은 (2200m /g), 마이크로공 분포 집중, 흡착 성능이 뛰어나 의약품, 촉매, 가스 분리 및 저장, 이중층 콘덴서 등에 널리 사용되고 있다. 슈퍼 활성탄의 제비, 구조, 성능 방면의 연구 진전을 종합하여 서술하였다.
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마지막 두 가지 활성화 방법을 사용합니다. 1..1물리적 활성화법.
물리적 활성화법은 일반적으로 두 단계로 구성됩니다. 먼저 원료탄화를 휘발성 성분에서 제거하고, 탄소가 풍부한 고체 열해산물을 생성하고, 적절한 산화성 가스 (예:
증기, 이산화탄소, 산소 또는 공기) 를 사용하여 탄화 물질을 활성화하고, 구멍을 열고, 확장하고, 새로운 구멍을 만들어 발달된 구멍 구조를 형성합니다. 일반적으로 활성화 중에 다음과 같은 반응이 발생합니다.
C+H2O = H2+co ($ h =+117kj/m ol)
C +CO 2=2CO ($H =+ 159kJ /m ol) 는 위의 두 가지 반응을 통해 탄소 재료에서 탄소 원자를 제거함으로써 풍부한 미세 구멍을 생성합니다.
물리적 활성화에 영향을 미치는 요인이 많다. 활성탄의 다공성은 활성탄을 준비하는 원료의 성질뿐만 아니라 탄화와 활성화 조건 (예: 탄화온도, 탄화시간, 활성화 온도, 활성화 시간, 활성화제 종류, 활부하비 등) 과도 밀접한 관련이 있다. ). 물리적 활성화법으로 초활성탄을 준비할 때 촉매제를 자주 첨가하여 촉매 활성화를 한다. 예를 들어 일본 특허 [8] 는 제 VIII 족 금속 원소를 촉매제로 사용합니다. 반응 시간을 단축하여 표면적이 2000 ~ 2500m/g/g 인 슈퍼활성탄을 얻었다. 대표적인 과도금속화합물은 Fe (NO 3) 3, Fe (OH) 3, FePO 4, FeBr 3, Fe 2 (SO 4) 3, Fe 2O 3 등이다.
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1 슈퍼 활성탄의 제조
슈퍼활성탄은 1970 년대에 처음 등장했고, 미국은 80 년대 중반에 산업화되었고, 상품코드는 AX 시리즈였다. 일본은 1990 년대 초에 산업화를 실현했고, 그 상품 코드는 M AXSORB 이다. 슈퍼 활성탄을 준비하는 원료는 석유 코크나 아스팔트, 석탄, 아스팔트 껍질 [6] 과 중간상 탄소 마이크로볼 [7] 이 상당히 풍부하다.
[1, 2]
[3]
[4, 5]
, 리그닌,
슈퍼 활성탄의 제조 방법은 기본적으로 세 가지가 있습니다: 물리적 활성
국립자연과학기금 (5977025) 이 지원하는 과제.
1) 박사 과정 학생; 2) 연구원, 박사 멘토, 중국과학원 산시 석탄화학연구소 석탄전환국가중점연구소, 03000 1 태원 3) 부연구원; 4) 타이 위엔 보 연구원:
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석탄-숯 변환 연도 200 1
1.2 화학 활성화 방법
화학활성화법은 원료에 열해반응에 영향을 주는 첨가제를 넣는 것이다
타르 형성을 억제하는 탈수제는 한 단계에서 탄화되고 활성화된다. 화학활성화법은 원료 제조 방법에 따라 다르지만, 그 과정은 기본적으로 같다 (그림 참조)
1).
그림 1 고비 표면적 활성탄 제조 공정 흐름도
F ig. 1 고 표면적 활성탄의 제조
화학활성화법에서 일반적으로 사용되는 활성화제는 알칼리 금속과 알칼리 토금속의 수산화물, 무기염, 일부 산이다. 현재 비교적 광범위하고 성숙한 화학활성화제는 KOH, NaOH, ZnCl _ 2, CaCl _ 2, 3PO _ 4 등이다. 이 중 KOH 를 활성화제로 준비한 슈퍼활성탄의 성능이 가장 좋다.
KOH 가 활성화될 때, 한편으로는 KOH 와 탄소반응이 K 2CO 3 을 생성하여 기공이 발달하게 하고, K 2CO 3 분해로 생성된 K 2O 와 CO 2 도 미공 발육에 도움이 된다. 한편 K2CO3 과 K2O 는 탄소와 반응하여 금속칼륨을 생산한다. 활성화 온도가 금속칼륨의 끓는 점 (762 C) 을 초과하면 금속칼륨이 숯층으로 확산되어 구멍 구조의 발육에 영향을 주지만 숯 재질에 미치는 영향은 다르다. KOH 활성화 과정에서 주로 다음과 같은 반응이 발생합니다 [9]:
4KOH +CK 2O +C
2CO 3+K 2O+3H 2K +CO
[9]
2222
M/g, 2666 m/g ~ 3646 m/g 및 3880m /g g.
[9-11] [12]
등급 활성탄. 1996 서빈 등은 용제로 응결한다.
중간상 아스팔트를 원료로 KOH 활성화 처리를 통해 표면적이 3464m 2/g 인 슈퍼활성탄을 만들어 총 공용량이 2 에 이른다. 14cm /g, 벤젠 흡착 값은 16 100 mg/g 이고 구멍 지름은 주로1nm ~ 4nm 에 집중되어 있습니다 평균 구멍 지름은 약 2 입니다. 6nm 입니다. 65438+ 1996 년 대련공대 장등 [6] 호두껍데기와 석유줄을 각각 900 C 와 800 C 에서 활성화시켜 표면적이 각각 2840m 2/g 와 2200 m2/g 인 슈퍼활성탄을 준비했다. 요오드 흡착 값이 2,765,438+08mg/g 이고 메틸렌 블루 흡착 값이 850mg /g 이며 벤젠 흡착 값이 65,438+0,480m2/g 인 438+0m2/g 의 슈퍼 활성탄
결론적으로 화학활성화시 활성화제의 종류, 활성화 온도, 활성화 시간, 원료의 세분성은 최종 제품의 구조와 성능에 영향을 미치므로 실제 응용에서 필요에 따라 선택해야 한다. 예를 들어, KOH 활성화는 새로운 마이크로구멍을 만들고, H 3PO 4 또는 인산염 활성화는 주로 구멍을 만듭니다. KOH 와 H 3PO 4 가 활성화되는 활성탄 표면의 친화력도 다르다. KOH 활성화로 만든 활성 숯 친페놀, H 3PO 4 활성화로 만든 활성 숯 표면은 산성과 친수성으로 액상 흡착과 수소저장에 적합하다. 물리 화학 결합 활성화 방법 +0.3
물리화학연합활성화법은 물리활성화와 화학활성화가 결합된 활성화 방법이다. 일반적으로, 먼저 화학적으로 활성화하고 물리적으로 활성화시키면 슈퍼활성탄을 성공적으로 준비할 수 있다. 예를 들어 복숭아핵 [13] 은 ZnCl 2 화학으로 활성화시키고, 표면적보다 1000 m2/g ~ 2000 m2/g 에 도달한 후 이산화탄소로 물리적으로 활성화한다.
셋；삼；3
탄산칼륨 +2C +3CO
KOH 화학활성화법으로 초활성탄을 준비한 것은 원래 미국 AM OCO 에서 개발한 뒤 Anderson Development-ment 가 상용화하여 표면적보다 2500m /g 가 큰 초활성탄을 만들었다. 일본 관서열화학주식회사에서 준비한 슈퍼활성탄은 KOH 로 석유코크를 활성화시켰고, 상품명은 M AXSORB 로 표면적보다 2800M/g ~ 3200M/g 에 이른다. 일본 음우 이랑은 코코아로 코코넛 껍데기, 석유 코크스 등의 원료를 활성화시켜 400 C 에서 탈수하고 600 C ~ 800 C 에서 활성화하면 표면적보다 3000m /g 가 큰 슈퍼활성탄을 얻을 수 있다. 일본 오사카 가스회사는 중간상 숯 마이크로볼을 원료로 KOH 활성화법으로 표면적보다 4000m 2/g 까지 높은 슈퍼활성탄을 준비했다. 우리나라 슈퍼활성탄의 제조와 연구는 늦게 시작되어 중간상 아스팔트, 산화아스팔트, 석유코크를 원료로 각각 1993, 1994, 1998 에 있습니다.
[8]
2
2
2
기온이 0 정도 됩니다. 37g /mL, 입자성, 내마모성이 뛰어납니다. 이것은 천연 가스 저장 및 기타 프로세스에 매우 유용합니다. M olina -Sabio 등은 H2PO4 와 를 사용합니다.
[14]
리그 노 셀룰로오스 원료의 이산화탄소 혼합 활성화, 즉 68% ~ 85% 의 h3po 4 를 사용하여 85 ℃에서 리그 노 셀룰로오스를 담근다
미세 구조는 물결형 레이어와 2 ~ 3 개 레이어의 스택으로 구성되며 치수는 1nm ~2nm ~ 2 nm 입니다. 크기가 800 m2/g ~ 1500 m2/g 인 활성 숯에는 여전히 수십 나노미터 큰 구멍이 형성되어 있고, 더미 사이에는 여전히 좁은 구멍이 남아 있다. 표면적보다 3000m /g 가 넘는 초활성탄의 미시 구조는 완전히 단일 파상층과 작은 더미로 이루어져 있다.
엠 아치 등.
[17]
2
2h, 그리고 450 C 탄화 4h 에서 증류수로 H 3PO 4 활성화 샘플을 씻고 825 C 에서 이산화탄소로 부분적으로 기화한다. 그 결과 표면적이 3700m /g 이고 총 구멍 부피가 2mL /g 인 슈퍼활성탄이 나왔다.
요약하면, 위의 세 가지 활성화 방법은 각각 장단점이 있다. 화학활성화법으로 초활성탄을 준비하는 생산공예는 성숙하고 상용화되었지만 비용이 많이 들고 장비 부식, 환경오염 등의 문제가 심각하다. 물리적 활성화법은 간단하고 오염이 적지만 반응 시간이 길다. 이 방법으로 초활성탄을 준비하는 생산공예는 여전히 실험실 규모 탐사에 있어 이 방면에 대한 보도는 매우 적다.
2
적외선 스펙트럼을 이용하여 KOH 의 활성화 작용을 연구했다.
KOH 활성화 반응은 C, 방향핵 C, 페놀을 생산할 수 있다고 생각한다. 조 등 [18] X 선 광전자 스펙트럼으로 고연화점 아스팔트를 원료로, KOH 를 활성화제로 하는 슈퍼활성탄의 표면화학구조를 연구하여 슈퍼활성탄 표면에 C O, C OH, C 가 존재한다고 판단했다.
O, O C, COOH 및 기타 산소 작용기. Otow a 등 [1] 슈퍼 활성탄 MAXSORB 에 들어 있는 것을 발견했다
슈퍼 활성탄의 구조에 관한 연구
2. 1 슈퍼 활성탄의 미세 구조 및 표면 화학 구조
[15]
M ar sh 등은 스캔 전자현미경 (SEM) 과 투과 전자현미경 (T EM) 으로 Amo co 연구센터의 KOH 활성화를 연구했다.
R, R, R OH, R O 등 산소관단의 수는 수증기활성화법으로 준비한 활성탄의 표면관단의 수보다 훨씬 많으며, 산소관단의 수는 활성탄의 비표면적과 큰 관계가 있다. 2.2 슈퍼활성탄의 구멍 구조.
IUPAC 분류 방법에 따라 활성탄의 구멍 구조는 마이크로공 (50nm) 으로 나뉜다.
일반 알갱이 활성탄은 삼분산공 구조를 가지고 있다 (그림 2 참조). 흡착의 경우, 미공이 주된 역할을 하는데, 과도공의 작용은 충분히 높은 압력 하에서 모세관 응축 메커니즘에 따라 과도공의 증기를 흡착하는 것이다. 큰 구멍과 마찬가지로, 그것은 흡착질이 미공에 들어가는 통로 역할을 한다.
슈퍼 활성탄은 매우 발달한 구멍 구조를 가지고 있으며, 구멍 분포는 주로 마이크로구멍에 집중되어 있으며, 단 분산 구멍 구조 [6] (30 페이지 그림 3 참조) 에 속한다. 원료의 활성화가 심화됨에 따라, 준비된 활성탄의 구멍 분포 중심은 큰 구멍 방향으로 [18] 이동합니다 (10 항 참조).
30 면 그림 4) 를 참조하십시오.
화학적 방법으로 PX-2 1 과 PX-22 두 가지 슈퍼활성탄의 미시구조를 얻었다. 그 결과, 이 활성탄들은 표면이 평평하고 구조가 균일하며, 그 초미공 구조는 지름이 1nm ~5nm ~ 5 nm 인 케이지 구조로 이루어져 있으며 두께가 1 ~ 3 층인 숯층으로 분리되어 있는 것으로 나타났다.
백석 등 [16] 투과전경과 X 선 회절로 KOH 활성화 중간상 숯 마이크로볼로 만든 비표면적이 800M/G ~ 4000M/G/G 인 활성탄의 미시구조를 연구했다. 그 결과, 비 표면적이 증가함에 따라 활성탄의 미세 구조가 비활성탄의 등방성 디스크 구조에서 단일 구조로 전환되는 것으로 나타났다.
2
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그림 2 일반 활성탄의 기공 구조
F ig. 2 자동차 차체 구조 활성화
3 가지 슈퍼 활성탄의 성능에 관한 연구
슈퍼 활성탄은 표면적보다 크고 공극이 집중되어있다.
지름 분포로 흡착력이 강하다. 국내외 여러 연구 개발
슈퍼 활성탄의 성능은 표 1[ 19], 슈퍼 활성탄과 다른 활성탄의 흡착 성능은 표 2 에 나와 있습니다. [1 1]
표 1 슈퍼 활성탄 성능
표 1 고 표면 활성탄의 특성
원료 석유 m 코크스 오일 m 코크스 쉘 M CM B L 아스팔트
아스팔트 석유 코크스
활성화제 수산화칼륨 수산화칼륨 알칼리성 알루미늄 화합물 수산화칼륨 수산화칼륨 수산화칼륨
S be t/m2/g > [1* * * * * * * * * * * *] 0 ~ 5000
28002600~3646
36463230
V po re /cm 3/g 1. 4~2.0 1.5~2.0
-1.31.5 ~ 2.52.141.67
요오드의 흡착 용량은 2800 ~ 3600 밀리그램/그램이다
2500-25142600 ~ 3100
-2718
벤젠 흡착 용량 e/mg/g
-850-990 ~ [1* * * * * * * * * * * * 0
메틸렌 블루 흡착량/밀리그램/그램 400 ~ 600400 ~ 600620ml/그램 353ml/그램
-850
아스팔트 기반 활성 숯섬유와 구형 활성탄에 비해 흡착치와 벤젠 흡착치가 각각 2 배, 3 배, 일반 알갱이 활성 숯보다 거의 6 배 높다. 그것의 우수한 흡착 성능은 흡착재 응용 분야에서 큰 잠재력을 가지고 있다.
표 2 슈퍼 활성탄과 기존 활성탄의 흡착 성능은 표 2 보다 높다
표면적 활성화 자동차 bo n 과 conv 활성화 자동차 bon
그림 3 고비 표면적 활성탄의 기공 분포
그림 3 고 표면 활성 탄소 섬유의 미세 구조
1-m-20 (s 베팅 = 2000m/g); 2--m-30 (s 는 t = 3000 m2/g); 3--m-40 (T = 4000m 평방 미터/그램 가정)
) 을 참조하십시오
2
S HS AC PACF PSAC AC 의 활성 탄수화물
S 는 톤/평방 미터/그램입니다
요오드의 흡착 용량/밀리그램/그램
[1* * * * * * * * * * * * * 8 480
벤젠 흡착 용량 e/mg/g
1200 412 411264
참고: hasc--높은 표면적 활성탄; PACF-아스팔트 기반 구형 아스팔트 기반 활성 탄소 섬유: PSAC-활성 탄소 Ac--과립 활성탄.
4 결론
슈퍼 활성탄은 뛰어난 흡착 성능으로 사람들의 관심을 받고 있다.
그림 4 여러 활성탄 샘플의 기공 구조
F ig. 4 활성탄 시료의 일부 구조
A-s be t = 2666 m2/g; B--s b et = 683 m2/g; C-s b et = 619 평방 미터/그램
사람들은 선호하지만, 수퍼활성탄의 생산과 응용은 어떻게 하면 생산 과정에서 에너지를 더 절약하고, 소비를 줄이고, 오염을 줄일 수 있을지와 같은 여러 가지 측면을 개선하거나 더 연구해야 한다. 어떻게 효과적인 성형 방법을 사용하여 분말 초활성탄을 성형하여 누적 밀도를 높일 수 있습니까? 슈퍼 활성탄의 새로운 용도를 더욱 개발하다.
표 1 과 표 2 에서 볼 수 있듯이 슈퍼활성탄의 비 표면적은 일반 알갱이 활성 숯, 구형 활성 숯, 활성 숯섬유보다 2 ~ 3 배 높고 매우 발달한 마이크로공 구조를 가지고 있어 요오드를 흡착한다.
시험에 응시하여 힘을 바치다
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고밀도 폴리에틸렌의 제조, 구조 및 특성
표면적 활성탄
* *
중국과학원 석탄화학연구소, 0300065438
고비비 표면적 활성탄은 신형 고기능 흡착재이다. 그것은 이미 현대 공업의 많은 분야에 적용되었다. 이 문서에서는 고비비 표면적 활성탄의 제조, 구조 및 성능에 대해 간략하게 설명합니다. 키워드 높은 표면적 활성탄, 비 표면적, 화학적 활성화, 구멍 구조, 화학 구조, 흡착 성능.