تبلیغات
گروه شیمی منطقه ۱٤ تهران - ادامه مبحث خواص کربن فعال
سه شنبه 3 آبان 1390

ادامه مبحث خواص کربن فعال

   نوشته شده توسط: tehchem14 همکاران گروه شیمی منطقه ۱٤    

مراحل تولید

کربن فعال شده از پیرولیز موادکربنی از قبیل چوب، زغال‌سنگ و هسته میوه‌ها یا پلیمرهای مصنوعی از قبیل ریون، پلی‌اکریلونیتریل یا فنولیک حاصل می‌گردد و در مراحل بعدی تحت عملیات فعال‌سازی قرار می‌گیرد. پیرولیز موادکربنی، بدون حضور هوا، باعث تخریب مولکول‌های غیرآلی می‌شود که یک ماده قیری شکل حاوی موادگازدار خواهد بود و در نهایت یک جسم جامد کربنی از آن ایجاد خواهد شد. جسم تولیدشده دارای تعداد زیادی حفره‌های بزرگ و دارای سطح ویژه‌ای در حد چندین مترمربع برگرم می‌باشد.
 
۱. موادخام
 از نظر اقتصادی، ترجیحاً موادی با کربن بالا و موادآلی کم برای تولید کربن فعال شده انتخاب می‌شود، ماده تشکیل شده جامد حاصل از عملیات پیرولیز باید دانسیته بالا و همچنین دارای گازهای فرار کافی باشند، آزادسازی گازهای فرار در مرحله پیرولیز باعث ایجاد منافذ در کربن می‌شود. دانسیته بالا باعث می‌شود کربن از استحکام و ساختار محکمی برخوردار گردد موادخام مورد استفاده به ترتیب اهمیت آنها از نظر ظرفیت تولید کربن متخلخل، مشخصات نهائی و مقدار مصرف عبارتند از: چوب، زغال‌سنگ، سیگمنت (نوعی زغال‌سنگ)، پوست نارگیل و تورب.
 
۲. کربونیزاسیون

در حین کربونیزاسیون اجزاء غیرکربنی از قبیل هیدروژن و اکسیژن به‌صورت گاز از مواداولیه خارج می‌شوند و کربن‌های آزاد نیز به‌صورت گروهی، بلورهای گرافیت تشکیل می‌دهند. به‌دلیل وجود منافذ در بین بلورها آرایش‌یافتگی بلورها از دو طرف به‌صورت نامنظم می‌باشد. این فرآیند معمولاً در درجه حرارتی زیر ۸۰۰ درجه سانتیگراد در یک محیط حاوی یک جریان ورودی از اتمسفر صورت می‌گیرد، پارامترهای مهم تعیین‌کننده کیفیت محصول تولید شده عبارتند از:

۱. نرخ حرارت دادن
۲. دمای نهائی
۳. مدت زمان خیساندن

ساختار ریز منافذ کربن در دمای در حدود ۵۰۰ درجه سانتیگراد شکل می‌گیرد. بعضی از این منافذ به‌وسیله ماده قیری آزاد شده در حین فرآیند پیرولیز مسدود می‌شود که می‌توان با حرارت دادن مجدد در ۸۰۰ درجه سانتیگراد دوباره این منافذ را ایجاد کرد. افزایش دما تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد و بیش از آن باعث سخت شدن ساختار کربن و کاهش درجه تخلخل می‌شود.
 
۳. فعال‌سازی

کربن‌ها را با توجه به آرایش‌یافتگی بلورهای آن به‌صورت گرافیت یا غیرگرافیت تعریف کرده‌اند. کربن‌های گرافیتی دارای بلورهائی با سه بعد یکسان می‌باشند در صورتی‌که در کربن‌های غیرگرافیتی اینگون نمی‌باشد. براساس توضیحات داده شده، در حین کربونیزاسیون سه فضای خالی در کربن ایجاد می‌وشد که در حین کربونیزاسیون به‌وسیله کربن‌های غیرآرایش‌یافته ”آمورف“ مسدود می‌شود. محصولات مرحله کربونیزاسیون دارای ظرفیت جذب خیلی کمی می‌باشند و احتمالاً این مسئله به‌دلیل کربونیزاسیون در دمای پائین و وجود ماده قیری باقیمانده در منافذ بین بلورها و روی سطح آنها می‌باشد. بعضی از محصولات کربونیزه شده را می‌توان با خارج ساختن موادقیری به‌وسیله حرارت دادن در بخار یا تحت گاز و یا عمل خالص‌سازی به کمک حلال و یا واکنش‌های شیمیائی فعال کرد. عمل فعال‌سازی باعث بزرگ شدن قطر حفره‌هائی می‌شود که در حین فرآیند کربونیزاسیون ایجاد شده‌اند و همچنین باعث ایجاد یک‌سری حفره ریز نیز خواهد شد و بدین‌گونه می‌توان به یک ساختار حفره‌ای با مساحت سطح داخلی بالا دست پیدا کرد. پدیده فعال‌سازی به دو روش انجام می‌شود.
الف ـ فعال‌سازی شیمیائی: در ابتدا ماده خام با یک محلول غلیظ از مواد فعال‌کننده اشباع می‌شود و با این عمل، مواد سلولزی از بین می‌روند و تحت عملیات حرارتی در دمای بین ۴۰۰ تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد قرار می‌گیرند، مواد پرولیز شده سرد می‌شوند و به منظور خارج ساختن مواد فعال‌کننده، تحت عملیات شستشو قرار می‌گیرند و سپس مواد فعال‌کننده عبارتند از: اسید فسفریک، کلرید روی، اسید سولفوریک و یدید پتاسیم.
ب ـ فعال‌سازی فیزیکی: در این فرآیند به کمک محصولات کربونیزه شده، ابعاد و ساختار مولکولی منافذ گسترش می‌یابد و مساحت سطحی آنها افزایش می‌یابد، این عملیات در دمائی بین ۸۰۰۰ الی ۱۰۰۰ درجه سانتیگراد با حضور مواد گازی اکسیدکننده مناسب مانند دی‌اکسید کربن و هوا انجام می‌گیرد. برای تبدیل مواد کربونیزه شده به گاز به‌وسیله بخار و دی‌اکسید کربن از واکنش‌های زیر استفاده می‌شود:

(C+H۲O=Co+H۲ (۲۹ kcal
(C+Co۲=۲Co (۳۹ kcal
(Co+H۲O=H۲ (۱۰ kcal


مولکول آب کوچک‌تر از مولکول دی‌اکسیدکربن می‌باشد و در نتیجه سرعت نفوذ آن به‌داخل منافذ کربن بیشتر می‌باشد و سرعت واکنش با بخار بیشتر از سرعت واکنش با گاز دی‌اکسیدکربن می‌باشد.
 
ساختار منافذ کربن

منافذ در کربن‌های فعال شده دارای اندازه و شکل‌های متفاوتی می‌باشند. منافذ براساس اندازه آنها به سه دسته تقسیم‌بندی می‌شوند.
۱. ماکرومنافذ: دارای میانگین قطری بیشتر از ۵۰ نانومتر می‌باشند.
۲. مزومنافذ: دارای قطری برابر با ۲ الی ۵۰ نانومتر می‌باشند.
۳. میکرومنافذ: دارای قطری کمتر از ۲ نانومتر می‌باشند که خود نیز به سوپر و آلترا میکرو تقسیم می‌شوند.
بعضی از کربن فعال‌ها با توجه به نوع موادخام مصرفی، شکل منفذ موجود در کربن فعال تولید شده متفاوت می‌باشد.
 
جذب به‌وسیله کربن فعال شده

جذب عبارت است از قرارگیری لایه‌ای مولکول‌های گاز یا مایع از یک فاز در حال حرکت بر روی سطح یک جسم جامد به کمک نیروی جاذبه مولکولی واندروالس. اتم‌های سطحی جسم جامد کربن فعال در مقایسه با اتم‌های داخلی دارای انرژی موازنه نشده‌ای می‌باشند و مولکول‌های خارجی سعی بر موازنه کردن این انرژی دارند و بر سطح جذب می‌شوند این مولکول‌ها لایه تکی روی سطح جسم جامد را تشکیل می‌دهند.
 


http://spiffyoutfit3221.page.tl/
چهارشنبه 18 مرداد 1396 01:42 ب.ظ
I just like the helpful information you provide on your articles.

I will bookmark your blog and take a look at once more here
frequently. I'm fairly certain I will be told plenty
of new stuff right here! Good luck for the following!
BHW
چهارشنبه 6 اردیبهشت 1396 06:49 ب.ظ
Wow, marvelous weblog structure! How lengthy have you been running a
blog for? you make blogging look easy. The overall glance of your
site is excellent, as well as the content!
 
لبخندناراحتچشمک
نیشخندبغلسوال
قلبخجالتزبان
ماچتعجبعصبانی
عینکشیطانگریه
خندهقهقههخداحافظ
سبزقهرهورا
دستگلتفکر