23136

بررسي تاثير روش سنتز بر مشخصات ساختاري كربن متخلخل حاصل از گياه آزولا

كارشناسي ارشد

مهندسي نانو فناوري

1398

1399/1/30

دكتر حسين بنا متجدد

فناوري هاي نوين

كربن متخلخل به عنوان يكي از ساختارهاي كربني با كاربردهاي گسترده يكي از جذاب‌ترين زمينه‌هاي تحقيقاتي براي پژوهشگران است. از مهمترين كاربردهاي كربن متخلخل مي‌توان به ‌استفاده در الكترود باتري‌ها، ابر‌خازن‌ها، همچنين يون زداي خازني (CDI ) و جذب آلودگي از محيط آبي اشاره نمود. كربن فعال معمولا از پيروليز زيست توده توليد مي‌شود و به دو روش فيزيكي و شيميايي فعال مي‌گردد. در اين پژوهش از زيست توده آزولا به عنوان پيش ماده كربني و دو تركيب ZnCl2 و NaOH براي فعالسازي به روش شيميايي استفاده شده است. همچنين به منظور بررسي تاثير روش سنتز بر روي ساختار براي فعال كننده ZnCl2 روش‌‌هاي محلولي، آسياب كاري، محلولي-آسياب كاري و محلولي آسياب كاري- اسيدي براي مخلوط كردن فعال‌كننده و پيش‌ماده انتخاب و سپس پيروليز در دماي 700 درجه سانتي گراد انجام شده است. در مورد فعال كننده NaOH فقط روش مخلوط كردن پيش‌ماده و فعال‌كننده در حالت خشك توسط هاون سراميكي و اسيد شويي و پيروليز در دماي 600 و 800 درجه سانتي گراد انجام گرفت. پس از سنتز نمونه‌هاي كربني آناليزهاي XRD، FTIR، TGA-DTA، TEM، HRTEM، FESEM، SEM، Raman، BET و تست جذب متيلن بلو به منظور بررسي ساختار و خصوصيات سطحي انجام شد. پس از بررسي مشخص شد نمونه توليد شده به روش محلولي و فعال‌كننده ZnCl2 و نمونه اسيد شويي شده و پيروليز شده در دماي 800 درجه سانتي‌گراد براي فعال‌كننده NaOH بيشترين سطح ويژه ( m2/g 1460 براي نمونه محلولي و m2/g 1437 براي نمونه قليايي)را دارند. همچنين ساختار نمونه محلولي (فعالكننده ZnCl2) نسبت به نمونه قليايي (فعالكننده NaOH) حجم تخلخل بيشتري دارد و حفرات از ساختار و چينش سلسله مراتبي بهتر و بيشتري نسبت به نمونه قليايي برخوردارند. با بررسي نتايج تست جذب متيلن بلو ظرفيت جذب نمونه محلولي در حدود mg/g 2349 و نمونه قليايي در حدود mg/g 1437 به دست آمده كه علت ظرفيت جذب كمتر اين نمونه را مي‌توان به دليل تفاوت در نوع و مقدار عوامل سطحي كه با متيلن بلو در تعامل هستند و همچنين تفاوت در ساختار و پراكندگي سايز تخلخل‌ها دانست. همچنين با بررسي ساختار نمونه محلولي پس از جذب متيل بلو مشخص مي‌شود كه ساختار گرافيتي اين نمونه تحت تنش فشاري قرار مي‌گيرد.

1399/11/15

Investigation the effect of synthesis method on structural properties of porous carbon from Azolla plant

4/19/2021 12:00:00 AM

Porous carbon as one of the most widely used carbon structures and one of the most attractive research fields for researchers. The most important application of porous carbon is in battery electrodes, supercapacitors, as well as capacitive ionization (CDI) and absorption of pollution from the aquatic environment. Activated carbon is usually produced from biomass pyrolysis and activated in both physical and chemical ways. In this study, Azolla biomass was used as a carbon precursor and the two compounds ZnCl2 and NaOH used as chemical activation agents. Also, in order to investigate the effect of the synthesis method on the structure for ZnCl2 activator solution, milling, milling-solution and milling-solution-acid methods were selected for mixing the activator and the precursor, and then pyrolysis at 700 ° C. In the case of NaOH activator, only the precursor and activator dry mixing method was performed by ceramic mortar, acid washing and pyrolysis at 600 and 800 ° C. After synthesis of carbon samples X-ray diffraction (XRD), Fourier spectroscopy (FTIR), TGA-DTA, TEM, HRTEM, FESEM, SEM, Raman spectroscopy, Nitrogen adsorption and desorption (BET) and Methylene blue adsorption were evaluated for investigate the Surface structure and properties. After analysis, it was found that the sample produced by solution method and ZnCl2 activation agents (CS7) and the sample is washed with acid and Pyrolyzed at 600 and 800 ° C for NaOH activator (T368) had the highest specific surface (1460 m2 / g for CS7 sample) And (1437 m2/g for T368 sample). Also, the CS7 sample structure has higher porosity volume than the T368 sample and the porosity structure is more hierarchical than the T368 sample. By analyzing the methylene blue adsorption test results, the adsorption capacity of CS7 sample was about 2349 mg / g and T368 sample was about 1437 mg / g. This is due to the lower adsorption capacity of sample T368 due to differences in the type and amount of surface agents and interaction with methylene blue and also explained the difference in the structure and size distribution of the pores. Also, by peruse the structure of CS7 sample after methylene blue adsorption it is found that the graphite structure of this sample is subjected to compressive stress.

كربن متخلخل , زيست توده آزولا , جذب آلاينده رنگي متيلن بلو MB , ZnCl2 , NaOH

Porous carbon , Azola biomass , Adsorption of methylene blue , ZnCl2 , NaOH