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廣東韓研活性炭科技股份有限公司
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閱讀：206發(fā)布時間：2021-11-29
活性炭涂覆硅的吸附性能，本文講述了以碳化硅為活性炭涂層的新型吸附劑的化學(xué)和力學(xué)性能。吸附劑通過以四甲基硅烷(TMS)為前體的活性炭的化學(xué)氣相滲透(CVI)來制備?；钚蕴坑捎谄涓呖紫堵剩蟊缺砻娣e和化學(xué)性質(zhì)而成為重要的吸附劑之一。它在許多技術(shù)應(yīng)用中使用，作為氣體凈化，氣體分離，脫色，不同的液體與溶劑和水的純化。然而，活性炭也有一些缺點。低機械和化學(xué)穩(wěn)定性使其不適用于例如流化床吸附器和某些液體吸附過程中的應(yīng)用。
此外，已知在氧化條件下反應(yīng)形成CO和/或CO 2，這可能導(dǎo)致吸附劑著火。因此，利用抗氧化材料涂覆活性炭作為涂層而不改變孔結(jié)構(gòu)來利用陶瓷的性能是有前景的選擇，從而大大地保持了吸附能力。SiC的特點是其硬度和化學(xué)惰性。一種常見的方法來制造的碳化硅活性炭官能材料，其覆蓋了范圍廣泛的從高電壓和電子裝置，以高溫擴散阻擋層的應(yīng)用程序，是化學(xué)氣相沉積(CVD)。這個過程也可能發(fā)生在多孔材料中，然后被稱為化學(xué)氣相滲透(CVI)。在所有情況下，模板的初始形態(tài)都很好地適應(yīng)或僅由滲透過程簡單修改。但是，氯化硅作為前體的使用通常在技術(shù)上是不希望的，因為主要在潮濕的環(huán)境中產(chǎn)生了相當(dāng)具有腐蝕性的HCl。在我們以前的研究中，四甲基硅烷(TMS)被證明是活性炭中SiC的CVI的前體。TMS的優(yōu)點是操作簡單，成本適中，可用性高。結(jié)果表明，可以通過碳化硅涂層改性活性炭的性能，而不會顯著改變吸附能力。此外，與未涂覆的活性炭相比，氧氣氛中的耐高溫性增加。
目前的工作介紹了這種涂層活性炭的特性，有助于判斷技術(shù)應(yīng)用的可能改進。兩種不同類型的活性炭分別在973.15和1098.15K滲透。顯示了表征這些改性吸附劑的物理化學(xué)性能和吸附性能的實驗結(jié)果。在流化床吸附器中的實驗證明機械穩(wěn)定性的改變。
圖1. 活性炭C40/4的掃描電子顯微鏡圖像(a)未涂覆的，(b)涂覆有二氧化硅(SiO2)和(c)涂覆有碳化硅(SiC)的活性炭。
四甲基硅烷的滲透導(dǎo)致活性炭的外表面和內(nèi)孔系統(tǒng)的涂層。在700攝氏度中，用二氧化硅涂層，而在820攝氏度，用碳化硅涂層(SiC)的被證明活性炭的耐熱。除了結(jié)構(gòu)性質(zhì)之外，通過吸附丙酮，乙醇和甲苯來研究吸附性質(zhì)。在等溫線的表示中，將負載標(biāo)準(zhǔn)化到表面并繪制相對壓力。歸一化消除了活性炭表面積對負載差異的影響，因此等溫線之間的差異可歸因于表面化學(xué)的差異。
圖2顯示極性溶劑丙酮在25攝氏度的吸附等溫線。未涂覆的活性炭A35/4與活性炭C40/4相比的負載顯著較高。兩種碳都是由相同的原料制造的，但活性炭A35/4在水蒸氣氣氛中經(jīng)過較長時間的活化。由于原始生產(chǎn)過程中氧化條件下活化時間較長，活性炭A35/4具有較高的極性表面基團數(shù)量，有利于極性丙酮的吸附。在700攝氏度下涂覆的樣品的負載對于兩種類型的活性炭具有相同的數(shù)量級，因為由于內(nèi)部孔系統(tǒng)的涂覆，表面特性的差異減小，并且表面化學(xué)的相關(guān)修改。2涂層和極性丙酮，極性活性炭A35/4上的負載僅略有變化。在820攝氏度下涂覆的樣品也具有可比較的負載。由于非極性SiC涂層和由此導(dǎo)致的較弱的相互作用，負載低于在700攝氏度下涂覆的樣品的負載。
圖2. 25攝氏度下活性炭的丙酮吸附測量。
滲透實驗的目的是生產(chǎn)具有改進的機械和化學(xué)耐受性的活性炭，同時保持吸附性能。因此，除了結(jié)構(gòu)和吸附性質(zhì)外，還研究了機械和化學(xué)性質(zhì)。為了表征未涂覆和涂覆的活性炭，在77K下測量氮等溫線。使用根據(jù)BET方法孔體積在相對壓力p / p 0 =0.98 下測定比表面積。使用非局域密度泛函理論計算活性炭孔徑分布。與表面不同的相互作用和吸附不同尺寸的分子的影響，用丙酮，乙醇和甲苯與25攝氏度中熱重量天平吸附測量。使用標(biāo)準(zhǔn)化測量方法研究堆積密度，灰分含量，顆粒硬度，磨損，導(dǎo)電率，水溶性組分和pH值。測定堆積密度和灰分含量。
活性炭A35/4在寬范圍內(nèi)表現(xiàn)出對芳族甲苯的優(yōu)選吸附，在甲苯摩爾分數(shù)為約0.75時具有共沸點。這僅僅意味著芳族官能團與極性官能團的比例約為3:1。由于用極性SiO 2涂覆，在700攝氏度下涂覆的活性炭的共沸點移動到0.5。這意味著芳族官能團與極性官能團的比率降低，而對甲苯的選擇性降低。其中與未涂覆的材料相比，在700攝氏度下涂覆的活性炭的容量對丙酮減少了25%，對于甲苯減少了33%。涂層明顯減少芳香基團的數(shù)量比極性基團的數(shù)量多。
使用活性炭中的陶瓷材料的化學(xué)氣相滲透，開發(fā)了新穎的吸附劑。這些材料的許多性質(zhì)被分析。四甲基硅烷在700攝氏度和820攝氏度進行滲透實驗，質(zhì)量恒定增加25%。空氣接觸后，活性炭在700攝氏度涂覆了SiO 2和在820攝氏涂覆了SiC。新材料的特點就其吸附性能和機械以及耐化學(xué)性，以評估其在技術(shù)應(yīng)用中的使用。顯示了由于涂層導(dǎo)致的材料的一些改進，使得它們對于技術(shù)吸附過程有前途。
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