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活性炭孔隙度纳米形态

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活性炭孔隙度纳米形态

发布日期:2018-06-11 作者: 点击:

    活性炭孔隙度纳米形态,我们了解活性炭是广泛使用的吸附剂,但是纳米形态仍然还需要探索。尽管如此,最近在表征活性炭的微孔性和碳质结构方面取得的进展在这些材料共同的框架中得到了实验证据。通过绘制使用DR方法计算出的平均孔径与其相应的特定微孔体积的关系曲线,由各种前体制备并用不同常规方法活化的活性炭根据三个线性区域自行聚集。在同样的表示中,经过瞬态氧化处理的活性炭也导致线性行为,但具有非常高的斜率。在目前的研究中,提出了基于结构填充方法的简单几何孔隙度模型,并在KOH和CO2活化的活性炭和经过改性的椰壳活性炭上进行了测试。常规活化过程似乎主要涉及相邻结构表面之间可能存在的狭缝状孔隙,而瞬时氧化处理主要涉及相邻结构边缘之间可能存在的星状孔隙。因此将可以在其它材料活性炭上进行测试。

  活性炭是广泛的吸附剂,涉及各种工业和家庭应用。其中一些大型工厂已经使用活性炭很长时间,比如水厂,废气处理。而新的特殊应用正处高速发展中:汽车用天然气储存,燃料电池用储氢器,冷却系统用二氧化碳储存器等。对于这样的工艺过程,需要针对平均孔径(Lo),孔径分布(PSD)和特定微孔体积(Wo)量身定制的活性炭。适用于涉及活性炭的特定工业应用的工艺优化的理论方法显示了整个工艺性能如何通过活性炭微孔纹理剪裁来提高。

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  已经提出了通过使用许多物理和化学精制工艺活化的各种来源的活性炭前体,导致多种多孔特征:平均孔径,特定微孔体积,表面积和密度。此外,还提出了孔径扩大或缩小的后期加工技术,柱状活性炭厂家以获得所需的定制多孔结构活性炭。尽管如此,尽管有这些众多的成果,但活性炭材料在其纳米结构方面,特别是其孔形态和孔壁结构方面仍然不甚了解。在最近的研究发现,大部分活性炭纹理根据三个线性域聚集:碳分子筛域,通过常规活化方法获得的活性炭的结构域,微孔率差的活性炭的结构域。这证明了这些材料在它们的纹理参数中所共有的一些普遍关系,尽管它们在前体起源和制定路线上有多样性。

  使用孔壁结构和孔隙形态的简单模型来找出这种关系的可能结构基础。在活性炭中遇到的多孔结构的原始但共同的图像在于形成各向同性且空间均匀的圆柱形孔隙的网络,如在多孔刚性海绵中。在图1a所示的更现实的方法中,一些作者已经考虑了这些圆柱形孔径的径向分布,这些圆柱形孔径从大孔向颗粒外表面开放,然后是参与传质的中孔并终止于主要负责吸附的微孔材料的容量。图1b展示了一个非常不同的孔隙度模型,它基于皱巴巴的纸张形态。构成的含碳芳香族片材和带状物像纸一样弯曲和起皱,导致它们之间的分子尺寸的可变间隙,这些是宏观的和中孔多于微孔的。在这个模型中,有关孔隙度最终可以被认为是狭缝形状。如图1c 和1d所示,所谓的狭缝状孔隙方法已经被广泛开发。这种孔隙表示的选择可能是由于其导致最简单计算的能力而与其他模型相比。实际上,从亚纳米到毫米尺度的碳材料多尺度组织研究需要量化数据。


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