Grafít er skipt í gervi grafít og náttúrulegt grafít, sannað forða af náttúrulegu grafíti í heiminum í um 2 milljörðum tonna.
Gervi grafít er fengið með niðurbroti og hitameðhöndlun efna sem innihalda kolefni undir venjulegum þrýstingi.Þessi umbreyting krefst nægjanlega hás hitastigs og orku sem drifkraftsins og óreglulegri uppbyggingu verður umbreytt í skipaða grafítkristallabyggingu.
Grafitgerð er í víðasta skilningi kolefnisefnisins með yfir 2000 ℃ háhitahitameðferð kolefnisatóma endurröðun, þó sum kolefnisefni við háhita yfir 3000 ℃ grafítgerð, þessi tegund af kolefnisefnum var þekkt sem „harðkolin“, þ. Auðvelt grafítískt kolefnisefni, hefðbundin grafitunaraðferð felur í sér háhita- og háþrýstingsaðferð, hvata grafítgerð, efnagufuútfellingaraðferð osfrv.
Grafitgerð er áhrifarík leið til mikils virðisaukanýtingar á kolefnisríkum efnum.Eftir miklar og ítarlegar rannsóknir fræðimanna er það í grundvallaratriðum þroskað núna.Hins vegar takmarka sumir óhagstæðir þættir beitingu hefðbundinnar grafítgerðar í iðnaði, svo það er óhjákvæmilegt tilhneiging að kanna nýjar grafítgerðaraðferðir.
Bráðið salt rafgreiningaraðferð síðan 19. öld var meira en öld þróunar, grunnkenning hennar og nýjar aðferðir eru stöðugt nýsköpun og þróun, nú er ekki lengur takmörkuð við hefðbundna málmvinnsluiðnaðinn, í upphafi 21. aldar, málmurinn í bráðna saltkerfið fast oxíð rafgreiningarúrræði frummálma hefur orðið í brennidepli hjá þeim virkari,
Nýlega hefur ný aðferð til að útbúa grafítefni með rafgreiningu á bráðnu salti vakið mikla athygli.
Með kaþódískri skautun og rafútfellingu er tveimur mismunandi tegundum kolefnishráefna umbreytt í nanógrafít efni með miklum virðisauka.Í samanburði við hefðbundna grafitization tækni hefur nýja grafitization aðferðin kosti lægra grafitization hitastig og stjórnanleg formgerð.
Í þessari grein er farið yfir framfarir grafítgerðar með rafefnafræðilegum aðferðum, þessa nýju tækni kynnt, kostir hennar og gallar greindir og horfur á þróunarþróun hennar í framtíðinni.
Fyrst, bráðið salt rafgreiningar bakskautskautunaraðferð
1.1 hráefnið
Sem stendur er aðalhráefni gervi grafíts nálarkoks og pitch coke af mikilli grafitization gráðu, þ.e. af olíuleifum og koltjöru sem hráefni til að framleiða hágæða kolefnisefni, með lágt porosity, lítið brennistein, lágt ösku. innihald og kostir grafítvinnslu, eftir undirbúning þess í grafít hefur góða höggþol, hár vélrænan styrk, lágt viðnám,
Hins vegar hafa takmarkaðar olíubirgðir og sveiflukennt olíuverð takmarkað þróun þess og því er leitin að nýju hráefni orðið brýnt vandamál sem þarf að leysa.
Hefðbundnar grafítgerðaraðferðir hafa takmarkanir og mismunandi grafitgerðaraðferðir nota mismunandi hráefni.Fyrir ógrafítað kolefni geta hefðbundnar aðferðir varla grafítað það, á meðan rafefnafræðileg formúla bráðna salt rafgreiningar brýtur í gegnum takmörkun hráefna og hentar næstum öllum hefðbundnum kolefnisefnum.
Hefðbundin kolefnisefni innihalda kolsvart, virkt kolefni, kol o.s.frv., þar á meðal kol er vænlegast.Blekið sem byggir á kolum tekur kol sem undanfara og er útbúið í grafítvörur við háan hita eftir formeðferð.
Nýlega, þessi ritgerð leggur til nýja rafefnafræðilega aðferðir, svo sem Peng, með bráðnu salti rafgreiningu er ólíklegt að grafitized kolsvart í hár kristöllun grafít, rafgreining á grafít sýnum sem innihalda petal lögun grafít nanómetra flís, hefur mikið sérstakt yfirborðsflatarmál, þegar það var notað fyrir litíum rafhlöðu bakskaut sýndi framúrskarandi rafefnafræðilega frammistöðu meira en náttúrulegt grafít.
Zhu o.fl.settu eyðslumeðhöndlaða lággæða kolin í CaCl2 bráðið saltkerfi fyrir rafgreiningu við 950 ℃ og breytti lággæða kolinu í grafít með miklum kristöllun, sem sýndi góða frammistöðu og langan líftíma þegar það var notað sem rafskaut á litíumjónarafhlöðu .
Tilraunin sýnir að það er gerlegt að breyta mismunandi tegundum hefðbundinna kolefnisefna í grafít með rafgreiningu á bráðnu salti sem opnar nýja leið fyrir tilbúið grafít í framtíðinni.
1.2 vélbúnaður
Bráðið salt rafgreiningaraðferð notar kolefnisefni sem bakskaut og breytir því í grafít með mikilli kristöllun með bakskautun.Í augnablikinu er minnst á núverandi bókmenntir að fjarlægja súrefni og endurröðun kolefnisatóma í langri fjarlægð í hugsanlegu umbreytingarferli kaþódískrar skautunar.
Tilvist súrefnis í kolefnisefnum mun hindra grafítgerð að einhverju leyti.Í hefðbundnu grafitization ferli verður súrefni hægt að fjarlægja þegar hitastigið er hærra en 1600K.Hins vegar er mjög þægilegt að afoxa með katódískri skautun.
Peng, o.s.frv., í tilraununum setti í fyrsta skipti fram rafgreiningu bráðna saltskautunarmöguleikakerfisins, þ.e. grafítmyndunin sem best er að byrja á er að vera staðsett í solidum kolefnis örkúlum/raflausnum tengi, fyrsta kolefnis örkúla myndast um grunn sama þvermál grafítskel, og síðan aldrei stöðug vatnsfrí kolefnisatóm dreifist í stöðugri ytri grafítflögu, þar til þau eru fullkomlega grafítuð,
Grafítunarferlinu fylgir súrefnisfjarlæging, sem einnig er staðfest með tilraunum.
Jin o.fl.sannaði einnig þetta sjónarmið með tilraunum.Eftir kolsýringu á glúkósa var grafítgerð (17% súrefnisinnihald) framkvæmd.Eftir grafítgerð mynduðu upprunalegu kolefniskúlurnar (mynd 1a og 1c) gljúpa skel sem samanstendur af grafít nanóblöðum (mynd 1b og 1d).
Með rafgreiningu á koltrefjum (16% súrefni) er hægt að breyta koltrefjunum í grafítrör eftir grafítgerð í samræmi við umbreytingaraðferðina sem getið er um í bókmenntum
Taldi að, langlínuhreyfingin sé undir kaþódískri skautun kolefnisatóma sem hákristalla grafít í formlaust kolefni endurraða verður að vinna, tilbúið grafít einstök krónublöð móta nanóbyggingar sem njóta góðs af súrefnisatómum frá, en sérstakt hvernig á að hafa áhrif á grafít nanómetra uppbyggingu er ekki ljóst, eins og súrefni úr kolefnisbeinagrind eftir hvernig við bakskautsviðbrögðin o.s.frv.,
Sem stendur eru rannsóknir á vélbúnaðinum enn á frumstigi og frekari rannsókna er þörf.
1.3 Formfræðileg einkenni gervigrafíts
SEM er notað til að fylgjast með smásjá yfirborðsformgerð grafíts, TEM er notað til að fylgjast með byggingarformgerð minni en 0,2 μm, XRD og Raman litrófsgreining eru algengustu leiðin til að einkenna smágerð grafíts, XRD er notað til að einkenna kristalinn upplýsingar um grafít og Raman litrófsspeglun er notuð til að greina galla og röð grafíts.
Það eru margar svitaholur í grafítinu sem er búið til með bakskautskautun á bráðnu salti rafgreiningu.Fyrir mismunandi hráefni, eins og kolsvart rafgreiningu, fást petal-eins porous nanostructures.XRD og Raman litrófsgreining eru framkvæmd á kolsvartinu eftir rafgreiningu.
Við 827 ℃, eftir að hafa verið meðhöndluð með 2,6V spennu í 1 klst, er Raman litrófsmyndin af kolsvarti næstum því sú sama og grafít í atvinnuskyni.Eftir að kolsvartan hefur verið meðhöndluð með mismunandi hitastigi er skarpur grafíteinkennandi toppurinn (002) mældur.Diffraction toppurinn (002) táknar gráðu stefnu arómatíska kolefnislagsins í grafíti.
Því skarpara sem kolefnislagið er, því meira stilla er það.
Zhu notaði hreinsaða óæðri kol sem bakskaut í tilrauninni og örbyggingu grafítuðu vörunnar var umbreytt úr kornóttri í stóra grafítbyggingu og þétt grafítlagið sást einnig undir háhraða rafeindasmásjá.
Í Raman litrófinu, með breytingum á tilraunaaðstæðum, breyttist ID/Ig gildi einnig.Þegar rafgreiningarhitastigið var 950 ℃ var rafgreiningartíminn 6 klst og rafgreiningarspennan var 2,6V, lægsta ID/Ig gildið var 0,3 og D toppurinn var mun lægri en G toppurinn.Á sama tíma táknaði útlit 2D hámarks einnig myndun mjög skipaðrar grafítbyggingar.
Skarpi (002) dreifingartoppurinn í XRD myndinni staðfestir einnig árangursríka umbreytingu á óæðri kolum í grafít með miklum kristöllun.
Í grafítvinnsluferlinu mun hækkun hitastigs og spennu gegna stuðla að hlutverki, en of há spenna mun draga úr afrakstur grafíts og of hátt hiti eða of langur grafítvinnslutími mun leiða til sóunar á auðlindum, svo fyrir mismunandi kolefnisefni , það er sérstaklega mikilvægt að kanna viðeigandi rafgreiningarskilyrði, er einnig fókus og erfiðleikar.
Þessi petal-eins og flögu nanóbygging hefur framúrskarandi rafefnafræðilega eiginleika.Mikill fjöldi svitahola gerir jónum kleift að vera fljótt settar inn / felldar niður, sem gefur hágæða bakskautsefni fyrir rafhlöður, osfrv. Þess vegna er rafefnafræðilega aðferð grafitization mjög hugsanleg grafitization aðferð.
Bráðið salt rafútfellingaraðferð
2.1 Rafútfelling koltvísýrings
Sem mikilvægasta gróðurhúsalofttegundin er CO2 einnig óeitrað, skaðlaust, ódýrt og auðvelt að fá endurnýjanlega auðlind.Hins vegar er kolefni í CO2 í hæsta oxunarástandi, þannig að CO2 hefur mikinn varmafræðilegan stöðugleika, sem gerir það erfitt að endurnýta.
Elstu rannsóknir á rafútfellingu CO2 má rekja til sjöunda áratugarins.Ingram o.fl.vel útbúið kolefni á gull rafskaut í bráðnu saltkerfi Li2CO3-Na2CO3-K2CO3.
Van o.fl.bent á að kolefnisduftið sem fæst við mismunandi minnkunargetu hafi mismunandi uppbyggingu, þar á meðal grafít, myndlaust kolefni og kolefnisnanotrefjar.
Með bráðnu salti til að fanga CO2 og undirbúningsaðferð til að ná árangri í kolefnisefni, eftir langan tíma í rannsóknum hafa fræðimenn einbeitt sér að myndun kolefnisútfellingar og áhrifum rafgreiningarskilyrða á endanlega vöru, sem fela í sér rafgreiningshitastig, rafgreiningarspennu og samsetningu bráðið salt og rafskaut o.fl., hefur undirbúningur hágæða grafítefna fyrir rafútfellingu CO2 lagt traustan grunn.
Með því að skipta um raflausn og nota CaCl2-undirstaða bráðið saltkerfi með meiri CO2 fanga skilvirkni, Hu et al.tókst að útbúa grafen með hærri grafitunargráðu og kolefnis nanórör og önnur nanógrafítbygging með því að rannsaka rafgreiningarskilyrði eins og rafgreiningshitastig, rafskautssamsetningu og bráðna saltsamsetningu.
Í samanburði við karbónatkerfi hefur CaCl2 þá kosti að vera ódýrt og auðvelt að fá, mikla leiðni, auðvelt að leysa upp í vatni og meiri leysni súrefnisjóna, sem veita fræðileg skilyrði fyrir umbreytingu CO2 í grafítafurðir með miklum virðisauka.
2.2 Umbreytingarkerfi
Undirbúningur kolefnisefna með miklum virðisaukandi hætti með rafútfellingu CO2 úr bráðnu salti felur aðallega í sér CO2-fanga og óbeina minnkun.Fangrun CO2 er lokið með lausu O2- í bráðnu salti, eins og sýnt er í jöfnu (1):
CO2+O2-→CO3 2- (1)
Sem stendur hafa þrjár óbeinar minnkunarviðbragðsaðferðir verið lagðar til: eins þrepa viðbrögð, tveggja þrepa viðbrögð og málmminnkunarviðbrögð.
Eins þrepa viðbragðskerfið var fyrst lagt til af Ingram, eins og sýnt er í jöfnu (2):
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
Tveggja þrepa viðbragðskerfið var lagt til af Borucka o.fl., eins og sýnt er í jöfnu (3-4):
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
Fyrirkomulag málmskerðingarviðbragða var lagt til af Deanhardt o.fl.Þeir töldu að málmjónir væru fyrst minnkaðar í málm í bakskautinu og síðan var málmurinn minnkaður í karbónatjónir, eins og sýnt er í jöfnu (5~6):
M- + E – →M (5)
4 m + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)
Eins og er, er eins skrefs viðbragðskerfi almennt viðurkennt í núverandi bókmenntum.
Yin o.fl.rannsakað Li-Na-K karbónatkerfið með nikkel sem bakskaut, tindíoxíð sem rafskaut og silfurvír sem viðmiðunarrafskaut, og fékk hringlaga rafstraumprófunartöluna á mynd 2 (skönnunarhraði 100 mV/s) við nikkel bakskaut, og fann að það var aðeins einn minnkun toppur (við -2,0V) í neikvæðu skönnuninni.
Þess vegna má álykta að aðeins eitt hvarf hafi átt sér stað við minnkun karbónats.
Gao o.fl.Fékk sömu hringspennumælingu í sama karbónatkerfi.
Ge et al.notaði óvirkt rafskaut og wolfram bakskaut til að fanga CO2 í LiCl-Li2CO3 kerfinu og fékk svipaðar myndir, og aðeins minnkunartoppur kolefnisútfellingar kom fram í neikvæðu skönnuninni.
Í alkalímálmi bráðnu saltkerfinu verða alkalímálmar og CO til á meðan kolefni er sett út af bakskautinu.Hins vegar, vegna þess að varmafræðileg skilyrði kolefnisútfellingarhvarfa eru lægri við lægra hitastig, er aðeins hægt að greina minnkun karbónats í kolefni í tilrauninni.
2.3 CO2 fanga með bráðnu salti til að búa til grafítafurðir
Hægt er að búa til virðisaukandi grafít nanóefni eins og grafen og kolefni nanórör með rafútfellingu CO2 úr bráðnu salti með því að stjórna tilraunaaðstæðum.Hu o.fl.notað ryðfríu stáli sem bakskaut í CaCl2-NaCl-CaO bráðnu saltkerfinu og rafgreint í 4 klst við skilyrði 2,6V stöðugrar spennu við mismunandi hitastig.
Þökk sé hvata járns og sprengiáhrifum CO á milli grafítlaga fannst grafen á yfirborði bakskauts.Undirbúningsferlið grafen er sýnt á mynd 3.
Myndin
Síðari rannsóknir bætt Li2SO4 á grundvelli CaCl2-NaClCaO bráðnu salt kerfi, rafgreining hitastig var 625 ℃, eftir 4 klst af rafgreiningu, á sama tíma í kaþódísk útfellingu kolefnis fannst grafen og kolefni nanórör, rannsóknin komist að því að Li+ og SO4 2 - til að hafa jákvæð áhrif á grafítgerð.
Brennisteinn er einnig tekinn inn í kolefnishlutann með góðum árangri og hægt er að fá ofurþunnar grafítplötur og þráðlaga kolefni með því að stjórna rafgreiningarskilyrðum.
Efni eins og rafgreiningarhitastig hátt og lágt fyrir myndun grafen er mikilvægt, þegar hitastigið hærra en 800 ℃ er auðveldara að mynda CO í stað kolefnis, nánast engin kolefnisútfelling þegar það er hærra en 950 ℃, svo hitastýringin er mjög mikilvæg til að framleiða grafen og kolefni nanórör, og endurheimta þörf kolefnisútfellingar hvarf CO hvarf samvirkni til að tryggja að bakskautið til að mynda stöðugt grafen.
Þessi verk veita nýja aðferð til að framleiða nanógrafítafurðir með CO2, sem hefur mikla þýðingu fyrir lausn gróðurhúsalofttegunda og undirbúning grafens.
3. Samantekt og horfur
Með hraðri þróun nýrrar orkuiðnaðar hefur náttúrulegt grafít ekki getað mætt núverandi eftirspurn og gervi grafít hefur betri eðlis- og efnafræðilega eiginleika en náttúrulegt grafít, svo ódýr, skilvirk og umhverfisvæn grafítgerð er langtímamarkmið.
Rafefnafræðilegar aðferðir grafítgerð í föstu og loftkenndu hráefni með aðferð við kaþódísk skautun og rafefnafræðileg útfellingu tókst út úr grafítefnum með miklum virðisauka, samanborið við hefðbundna leið til grafítgerðar, rafefnafræðilega aðferðin er af meiri skilvirkni, minni orkunotkun, græn umhverfisvernd, fyrir lítil takmörkuð af sértækum efnum á sama tíma, í samræmi við mismunandi rafgreiningarskilyrði er hægt að útbúa með mismunandi formgerð grafítbyggingar,
Það veitir áhrifaríka leið til að breyta alls kyns myndlausu kolefni og gróðurhúsalofttegundum í verðmæt nanóuppbyggt grafítefni og hefur góða möguleika á notkun.
Sem stendur er þessi tækni á byrjunarstigi.Það eru fáar rannsóknir á grafítgerð með rafefnafræðilegum aðferðum og enn eru margir óþekkjanlegir ferlar.Þess vegna er nauðsynlegt að byrja á hráefnum og gera yfirgripsmikla og kerfisbundna rannsókn á ýmsum formlausum kolefnum og kanna um leið varmafræði og gangverki grafítumbreytingar á dýpra stigi.
Þetta hefur víðtæka þýðingu fyrir framtíðarþróun grafítiðnaðarins.
Birtingartími: maí-10-2021