Такія парыстыя вугляродныя матэрыялы, як актываваны вугаль і піралітычны вугляродны сажа, добра вядомыя сваёй высокаразвітай порыстай структурай. Гэтыя пары забяспечваюць велізарную ўдзельную плошчу паверхні. Яны дазваляюць порыстаму вугляроду гуляць важную ролю ў адсорбцыі, каталізе, назапашванні энергіі і ачыстцы навакольнага асяроддзя. Аднак падчас апрацоўкі, асабліва на стадыі ультратонкага памолу, захаванне цэласнасці порыстай структуры стала сур'ёзнай праблемай галіны. У гэтым артыкуле разглядаецца, ці пашкоджвае ультратонкае памол порыстыя структуры. У ім таксама тлумачыцца, як класіфікацыйныя млыны дасягаюць «неразбуральнай» апрацоўкі дзякуючы інавацыйнай канструкцыі. Гэтыя тэхналогіі памолу дапамагаюць порыстаму вугляроду ператварацца з грубай сыравіны ў высокапрадукцыйныя парашкі.
Патэнцыйныя наступствы Ультратонкае шліфаванне порыстага вугляроду на структуру пор
Ультратонкае драбненне азначае памяншэнне памераў матэрыялаў да мікроннага або нават субмікроннага ўзроўню (звычайна d97 < 10 мкм). Для порыстага вугляроду мэтай з'яўляецца павелічэнне ўдзельнай плошчы паверхні і дысперснасці. Аднак гэты працэс можа таксама пашкодзіць структуру пор. Традыцыйныя метады механічнага драбнення, такія як шарыкавы або малатковы млын, прадугледжваюць інтэнсіўныя механічныя ўздзеянні і трэнне. Гэтыя сілы могуць прывесці да калапсу, закаркавання або дэфармацыі пор.
Даследаванні паказваюць, што механічнае драбненне сапраўды можа пашкодзіць структуру пор. Напрыклад, пры апрацоўцы дробнага шлаку газіфікацыі вугалю (CGFS) механічнае драбненне значна змяняе марфалогію пор. Яно зніжае ўтрыманне вады ў макрапорах і парушае першапачатковую сетку пор. У выніку змяншаецца адсарбцыйная здольнасць.
Падобным чынам, у выпадку з часціцамі вугалю, шчыльнае драбненне ўплывае на сітаватыя структуры. Гэта змяняе паводзіны адсорбцыі азоту і вуглякіслага газу. Нягледзячы на тое, што адсорбцыя можа павялічвацца ў нядаўна адкрытых порах, агульная структурная цэласнасць парушаецца.
Шаровы млын яшчэ больш агрэсіўны. Ён можа пераўтварыць неўпарадкаваную сітаватую структуру актываванага вугля ў графітную структуру і ўвесці атамы кіслароду. Хоць гэта можа палепшыць некаторыя ўласцівасці (напрыклад, псеўдаёмістасць), гэта кардынальна змяняе першапачатковую архітэктуру пор.
Аднак не ўсе метады ультратонкага драбнення непазбежна разбураюць порыстыя структуры. Ключ да поспеху — выбар абсталявання і аптымізацыя працэсу. Бескантактавыя метады драбнення, такія як струменевыя млыны, абапіраюцца на сутыкненні часціц з часціцамі на высокай хуткасці. Яны дазваляюць пазбегнуць непасрэднага кантакту паміж механічнымі кампанентамі і матэрыялам. Такая канструкцыя мінімізуе забруджванне і пашкоджанне структуры. У праекце па выкарыстанні порыстага вугляроду ў Паўднёвай Карэі струменевае драбненне дазволіла дасягнуць памераў ультратонкіх часціц менш за 5 мкм. Было захавана больш за 951 TP3T порыстай структуры. Таксама было прадухілена акісленне пры высокай тэмпературы. Гэта тлумачыцца эфектам астуджэння Джоўля-Томсана падчас пашырэння газу. Гэты эфект падтрымлівае нізкую тэмпературу ў камеры драбнення. Гэта прадухіляе акісленне і пашкоджанне вугляроднай структуры. Такім чынам, ці пашкоджвае ультратонкае драбненне порыстыя структуры, залежыць ад выкарыстоўванага метаду. Традыцыйныя механічныя падыходы больш разбуральныя. Пашыраныя струменевыя або класіфікацыйныя тэхналогіі дазваляюць дасягнуць адносна «неразбуральнай» апрацоўкі.
Прынцыпы Паветраныя класіфікацыйныя млыны і іх «неразбуральныя» перавагі пры апрацоўцы порыстага вугляроду
Паветраны класіфікатар аб'ядноўвае драбненне і класіфікацыю па памеры часціц у адной сістэме і шырока выкарыстоўваецца для нізкашчыльных ультратонкіх матэрыялаў, такіх як сажа і сітаваты вуглярод. Яго асноўны прынцып заключаецца ў ударным драбненні круцельнымі элементамі (такімі як малаткі або ляза) у спалучэнні з унутраным дынамічным паветраным класіфікатарам, які аддзяляе часціцы па памеры. Буйныя часціцы вяртаюцца ў зону драбнення для далейшай апрацоўкі, а кваліфікаваныя дробныя часціцы выдаляюцца. Такая замкнёная канструкцыя прадухіляе празмернае драбненне і забяспечвае вузкае размеркаванне памеру часціц.
Пры «неразбуральнай» апрацоўцы порыстага вугляроду асабліва добра працуюць класіфікацыйныя млыны. У якасці прыкладу возьмем паветраны класіфікацыйны млын Mikro e-ACM, які спецыяльна распрацаваны для сажы. Яго ўнутраная геаметрыя і кампаненты мадыфікаваны, а для памяншэння забруджвання выкарыстоўваюцца керамічныя або карбід-вальфрамавыя матэрыялы. У адрозненне ад стандартных млыноў ACM, у ім выкарыстоўваецца знешняя сістэма рэцыркуляцыі буйных часціц, у якой часціцы з вялікім памерам цыркулююць па-за млыном і вяртаюцца ў камеру памолу. Гэта дазваляе пазбегнуць унутранай рэцыркуляцыі, якая можа выклікаць флотацыю часціц і празмерныя сутыкненні. Такая канструкцыя асабліва падыходзіць для порыстага вугляроду з нізкай шчыльнасцю, прадухіляючы ўсплыванне або закаркаванне часціц у зоне класіфікацыі. Прадукты захопліваюцца паветраным патокам для астуджэння, транспарціроўкі і класіфікацыі з хуткасцю наканечніка да 140 м/с, дасягаючы тонкасці d97 = 10 мкм пры захаванні нізкага ўзроўню зярністасці.
Гэты «неразбуральны» механізм адлюстроўваецца ў некалькіх аспектах:
- Структурная абарона: Знешняя рэцыркуляцыя скарачае час знаходжання часціц у камеры памолу, пазбягаючы паўторных удараў, якія могуць пашкодзіць пары. У параўнанні з моцнымі сутыкненнямі ў шаровым млыне, паветранае падзел у класіфікацыйных млынах больш мяккае, захоўваючы адсарбцыйную здольнасць і электраправоднасць.
- Кантроль чысціні: Праца без выкарыстання асяроддзяў выключае забруджванне, што робіць яе прыдатнай для высокачыстага порыстага вугляроду, які выкарыстоўваецца ў батарэях або для адсорбцыі ў навакольным асяроддзі.
- Эфектыўнасць і аднастайнасць: Класіфікацыя забяспечвае вузкае размеркаванне памераў часціц, што паляпшае характарыстыкі матэрыялу. Напрыклад, пры піралітычнай апрацоўцы сажы класіфікацыйныя млыны ўраўнаважваюць памол і класіфікацыю, паляпшаючы павярхоўную актыўнасць і дыспергаванасць.
- Экалагічныя і энергетычныя перавагі: Праца пад адмоўным ціскам і імпульсны пылазбор адпавядаюць стандартам выбухаабароненасці ATEX, што робіць іх прыдатнымі для лёгкаакісляных матэрыялаў.
На практыцы класіфікацыйныя млыны выкарыстоўваліся ў вытворчых лініях па вытворчасці парашка актываванага вугалю для дасягнення дакладнага кантролю памеру пор ад 30–325 меш да 325–2500 меш, захоўваючы пры гэтым аб'ём пор і ўдзельную плошчу паверхні. Гэта дазваляе порыстаму вуглю выключна добра працаваць пры ачыстцы вады, фільтрацыі паветра і здабычы золата.
Аналіз выпадкаў і перспектывы на будучыню
У прамысловай практыцы «неразбуральныя» перавагі класіфікуючых млыноў былі добра пацверджаны. Напрыклад, сістэмы ACM кампаніі Hosokawa могуць апрацоўваць сажу з прадукцыйнасцю да 1200 фунтаў/гадзіну. У іх выкарыстоўваюцца керамічныя кампаненты для памяншэння забруджвання. Гэта робіць іх прыдатнымі для абразіўных матэрыялаў. У будучыні інтэлектуальнае кіраванне на аснове штучнага інтэлекту будзе ўсё больш інтэгравана. Тэхналогіі мадыфікацыі паверхні таксама будуць спалучацца з класіфікуючымі млынамі. Разам гэтыя дасягненні яшчэ больш аптымізуюць апрацоўку порыстага вугляроду. Яны пашырыць іх прымяненне ў новых энергетычных батарэях і ўлоўліванні CO₂.
Заключэнне
Ультратонкае памолванне порыстага вугляроду не абавязкова разбурае порыстыя структуры. Выбіраючы перадавое абсталяванне, такое як класіфікацыйныя млыны, можна дасягнуць сапраўды «неразбуральнай» апрацоўкі порыстага вугляроду. Гэта не толькі паляпшае характарыстыкі матэрыялу, але і спрыяе развіццю больш устойлівых прамысловых працэсаў.
«Дзякуй за чытанне. Спадзяюся, мой артыкул будзе карысным. Калі ласка, пакіньце каментар ніжэй. Вы таксама можаце звязацца з прадстаўніком службы падтрымкі кліентаў Zelda онлайн, калі ў вас ёсць дадатковыя пытанні».
— Апублікавана Эмілі Чэн
