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    活性炭涂覆硅的吸附性能

    来源:韩研活性炭网 作者:韩研活性炭网 2017-12-07

      活性炭涂覆硅的吸附性能,本文讲述了以碳化硅为活性炭涂层的新型吸附剂的化学和力学性能。吸附剂通过以四甲基硅烷(TMS)为前体的活性炭的化学气相渗透(CVI)来制备?;钚蕴坑捎谄涓呖紫堵?,大比表面积和化学性质而成为重要的吸附剂之一。它在许多技术应用中使用,作为气体净化,气体分离,脱色,不同的液体与溶剂和水的纯化。然而,活性炭也有一些缺点。低机械和化学稳定性使其不适用于例如流化床吸附器和某些液体吸附过程中的应用。

      此外,已知在氧化条件下反应形成CO和/或CO 2,这可能导致吸附剂着火。因此,利用抗氧化材料涂覆活性炭作为涂层而不改变孔结构来利用陶瓷的性能是有前景的选择,从而大大地保持了吸附能力。SiC的特点是其硬度和化学惰性。一种常见的方法来制造的碳化硅活性炭官能材料,其覆盖了范围广泛的从高电压和电子装置,以高温扩散阻挡层的应用程序,是化学气相沉积(CVD)。这个过程也可能发生在多孔材料中,然后被称为化学气相渗透(CVI)。在所有情况下,模板的初始形态都很好地适应或仅由渗透过程简单修改。但是,氯化硅作为前体的使用通常在技术上是不希望的,因为主要在潮湿的环境中产生了相当具有腐蚀性的HCl。在我们以前的研究中,四甲基硅烷(TMS)被证明是活性炭中SiC的CVI的前体。TMS的优点是操作简单,成本适中,可用性高。结果表明,可以通过碳化硅涂层改性活性炭的性能,而不会显着改变吸附能力。此外,与未涂覆的活性炭相比,氧气氛中的耐高温性增加。

      目前的工作介绍了这种涂层活性炭的特性,有助于判断技术应用的可能改进。两种不同类型的活性炭分别在973.15和1098.15K渗透。显示了表征这些改性吸附剂的物理化学性能和吸附性能的实验结果。在流化床吸附器中的实验证明机械稳定性的改变。

      图1. 活性炭C40/4的扫描电子显微镜图像(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。

      四甲基硅烷的渗透导致活性炭的外表面和内孔系统的涂层。在700摄氏度中,用二氧化硅涂层,而在820摄氏度,用碳化硅涂层(SiC)的被证明活性炭的耐热效果最好。除了结构性质之外,通过吸附丙酮,乙醇和甲苯来研究吸附性质。在等温线的表示中,将负载标准化到表面并绘制相对压力。归一化消除了活性炭表面积对负载差异的影响,因此等温线之间的差异可归因于表面化学的差异。

      图2显示极性溶剂丙酮在25摄氏度的吸附等温线。未涂覆的活性炭A35/4与活性炭C40/4相比的负载显着较高。两种碳都是由相同的原料制造的,但活性炭A35/4在水蒸气气氛中经过较长时间的活化。由于原始生产过程中氧化条件下活化时间较长,活性炭A35/4具有较高的极性表面基团数量,有利于极性丙酮的吸附。在700摄氏度下涂覆的样品的负载对于两种类型的活性炭具有相同的数量级,因为由于内部孔系统的涂覆,表面特性的差异减小,并且表面化学的相关修改。2涂层和极性丙酮,极性活性炭A35/4上的负载仅略有变化。在820摄氏度下涂覆的样品也具有可比较的负载。由于非极性SiC涂层和由此导致的较弱的相互作用,负载低于在700摄氏度下涂覆的样品的负载。

      图2. 25摄氏度下活性炭的丙酮吸附测量。

      渗透实验的目的是生产具有改进的机械和化学耐受性的活性炭,同时保持吸附性能。因此,除了结构和吸附性质外,还研究了机械和化学性质。为了表征未涂覆和涂覆的活性炭,在77K下测量氮等温线。使用根据BET方法孔体积在相对压力p / p 0 =0.98 下测定比表面积。使用非局域密度泛函理论计算活性炭孔径分布。与表面不同的相互作用和吸附不同尺寸的分子的影响,用丙酮,乙醇和甲苯与25摄氏度中热重量天平吸附测量。使用标准化测量方法研究堆积密度,灰分含量,颗粒硬度,磨损,导电率,水溶性组分和pH值。测定堆积密度和灰分含量。

      活性炭A35/4在宽范围内表现出对芳族甲苯的优选吸附,在甲苯摩尔分数为约0.75时具有共沸点。这仅仅意味着芳族官能团与极性官能团的比例约为3:1。由于用极性SiO 2涂覆,在700摄氏度下涂覆的活性炭的共沸点移动到0.5。这意味着芳族官能团与极性官能团的比率降低,而对甲苯的选择性降低。其中与未涂覆的材料相比,在700摄氏度下涂覆的活性炭的容量对丙酮减少了25%,对于甲苯减少了33%。涂层明显减少芳香基团的数量比极性基团的数量多。

      使用活性炭中的陶瓷材料的化学气相渗透,开发了新颖的吸附剂。这些材料的许多性质首次被分析。四甲基硅烷在700摄氏度和820摄氏度进行渗透实验,质量恒定增加25%??掌哟ズ?,活性炭在700摄氏度涂覆了SiO 2和在820摄氏涂覆了SiC。新材料的特点就其吸附性能和机械以及耐化学性,以评估其在技术应用中的使用。显示了由于涂层导致的材料的一些改进,使得它们对于技术吸附过程有前途。

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