活性炭國家專精特新“小巨人”企業(yè)活性炭產(chǎn)學(xué)研合作

　　活性炭用牛奶加工制成，韓研的研發(fā)人員從乳制品行業(yè)中過量的牛奶制成了一種帶選擇性的高性能活性炭，用于可擴(kuò)展的活性炭吸附。

　　為什么用牛奶加工成活性炭，目前溫室效應(yīng)越發(fā)嚴(yán)重需要一款針對二氧化碳用的吸附劑。二氧化碳的主要來源是化石燃料發(fā)電廠，而牛奶則是牛生產(chǎn)的。盡管兩者都不會消失，但通過使用從后者獲得的剩余牛奶，有可能大幅減少二氧化碳的排放。用奶粉可以做高性能的活性炭吸附劑前體，但是我們絕不提倡生產(chǎn)更多的牛奶。相反，我們可以將目前正在處理的牛奶(牛奶廠量過剩或者快過期的)充分利用制成活性炭。對于新的活性炭吸附技術(shù)而言，牛奶是易于獲得的，可持續(xù)的廢物流，可以幫助抵消乳制品行業(yè)產(chǎn)生的排放。

　　活性炭用牛奶做前體的優(yōu)點(diǎn)

　　經(jīng)過發(fā)現(xiàn)牛奶的結(jié)構(gòu)可以很好地控制碳的孔隙率和表面化學(xué)性質(zhì)，這超出了諸如椰子殼或煤等標(biāo)準(zhǔn)前體所能達(dá)到的范圍。這意味著能夠從對二氧化碳具有選擇性和高效能的天然前體中制備活性炭，能夠解決電廠煙氣捕集所必需的選擇性(二氧化碳對水蒸氣)的組合，同時(shí)要保持整體產(chǎn)能高和成本相對較低的難題。通常，在一種材料中可以有一個(gè)，也許有兩個(gè)優(yōu)秀特征，但是能開發(fā)出高性能材料才是研究的目的。有些活性炭有著高二氧化碳吸附容量但不是選擇性的，高選擇性的活性炭可能吸附容量不高，然而高容量高選擇性的活性炭有可能可擴(kuò)展性差。

　　圖1：不同孔徑活性炭的SEM圖像。

　　牛奶是怎么制成活性炭的

　　活性炭吸附劑是通過兩步熱解過程制備的，該過程包括將奶粉轉(zhuǎn)化為生物炭，然后在高溫下用堿活化。同時(shí)還增加了細(xì)微的差別，即涉及一種輔助化學(xué)或物理試劑，可在材料上蝕刻出納米級的孔隙。牛奶由多種蛋白質(zhì)，脂肪和礦物質(zhì)組成。有特別地酪蛋白蛋白(一種磷酸蛋白家族)以膠束的形式存在于牛奶中，通過疏水相互作用，氫鍵結(jié)合以及膠束核心內(nèi)磷酸鈣納米簇的橋接而在內(nèi)部得到穩(wěn)定。圖1正是這些磷酸鈣-酪蛋白蛋白簇充當(dāng)碳的3D結(jié)構(gòu)發(fā)展的模板，因?yàn)樗鼈冊跓峤獾某跏茧A段得以保存，在此階段奶粉被加熱到400°C，并防止活性炭內(nèi)結(jié)構(gòu)塌陷。在第二個(gè)活化步驟中，堿KOH與碳反應(yīng)生成碳酸鉀，碳酸鉀分解并留下富氮和富氧的微孔。所得的活性炭顯示出有效且可逆地捕集二氧化碳，同時(shí)排除了水蒸氣。

　　活性炭用牛奶加工制成在經(jīng)過研發(fā)團(tuán)隊(duì)的控制合成過程的變量(例如溫度，時(shí)間和所用堿的量)來微調(diào)微孔尺寸，可以讓本款活性炭擁有更多的適用性。要獲得優(yōu)秀的選擇性，前體和合成路線不必是超異質(zhì)的。當(dāng)了解前體的結(jié)構(gòu)，然后將其與量身定制的制造路線相結(jié)合即可制成高級別的活性炭。本次使用牛奶作為前體是為了尋找高性能活性炭的制造方法，與經(jīng)濟(jì)便宜的好獲得的原材料。這樣就能大規(guī)模的生產(chǎn)制造這類的新品活性炭。如果您有什么不明白的可以咨詢我們，我們有專業(yè)的技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)可以給您提供技術(shù)支持。

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