Tá graifít roinnte ina graifít shaorga agus graifít nádúrtha, cúlchistí cruthaithe an domhain de graifít nádúrtha i thart ar 2 billiún tonna.
Faightear graifít saorga trí dhianscaoileadh agus cóireáil teasa ábhair ina bhfuil carbóin faoi ghnáthbhrú.Éilíonn an claochlú seo teocht agus fuinneamh ard go leor mar an fórsa tiomána, agus déanfar an struchtúr neamhord a chlaochlú i struchtúr criostail grafite ordaithe.
Is éard atá i gceist le graifítiú sa chiall is leithne den ábhar carbónúil trí athchóiriú a dhéanamh ar adaimh charbóin cóireála teasa ardteochta os cionn 2000 ℃, ach tá roinnt ábhar carbóin sa graifítiú teocht ard os cionn 3000 ℃, tugadh "gualaigh chrua" ar an gcineál seo ábhair charbóin, mar shampla. ábhair charbóin grafitized éasca, cuimsíonn an modh traidisiúnta graifítí modh teocht ard agus ardbhrú, graifítiú catalaíoch, modh sil-leagan ceimiceach gaile, etc.
Is modh éifeachtach é graifítiú chun ard-bhreisluach a úsáid as ábhair charbónacha.Tar éis taighde fairsing agus domhain ó scoláirí, tá sé aibí go bunúsach anois.Mar sin féin, cuireann roinnt fachtóirí neamhfhabhrach teorainn le cur i bhfeidhm grafitization traidisiúnta i dtionscal, agus mar sin tá sé mar threocht dosheachanta modhanna nua grafitization a iniúchadh.
Modh leictrealú salann leáite ó bhí an 19ú haois níos mó ná céad bliain d'fhorbairt, tá a teoiric bhunúsach agus modhanna nua i gcónaí nuálaíocht agus forbairt, anois nach bhfuil teoranta a thuilleadh leis an tionscal metallurgical traidisiúnta, ag tús an 21ú haois, an miotail i tá an córas salainn leáite ocsaíd soladach ullmhú laghdaithe leictrealaíoch de mhiotail eiliminteacha tar éis éirí mar fhócas níos gníomhaí,
Le déanaí, tharraing modh nua chun ábhair graifíte a ullmhú trí leictrealú salainn leáite a lán aird.
Trí bhíthin polarú cathodach agus leictreoidiú, déantar an dá fhoirm éagsúla d'amhábhar carbóin a chlaochlú go hábhair nana-graifíte le breisluach ard.I gcomparáid leis an teicneolaíocht grafitization traidisiúnta, tá na buntáistí a bhaineann le teocht grafitization níos ísle agus moirfeolaíocht inrialaithe ag an modh grafitization nua.
Déanann an páipéar seo athbhreithniú ar dhul chun cinn grafitization de réir modh leictriceimiceach, tugann sé isteach an teicneolaíocht nua seo, déanann sé anailís ar a buntáistí agus a míbhuntáistí, agus tá sé ag súil lena threocht forbartha sa todhchaí.
Gcéad dul síos, salann leáite modh polarú catóide leictrealaíoch
1.1 an t-amhábhar
Faoi láthair, is é an príomh-amhábhar a bhaineann le graifít shaorga ná cóc snáthaide agus cóc páirce de ardchéim grafitization, is é sin an t-iarmhar ola agus an tarra guail mar amhábhar chun ábhair charbóin ardchaighdeáin a tháirgeadh, le porosity íseal, sulfair íseal, luaith íseal. ábhar agus buntáistí a bhaineann le graifít, tar éis é a ullmhú i graifít tá friotaíocht maith tionchair, neart meicniúil ard, friotachas íseal,
Mar sin féin, chuir cúlchistí ola teoranta agus praghsanna luaineacha ola srian ar a fhorbairt, agus mar sin tá lorg amhábhar nua ina fhadhb phráinneach le réiteach.
Tá teorainneacha ag modhanna grafitization traidisiúnta, agus úsáideann modhanna grafitization éagsúla amhábhair éagsúla.Maidir le carbón neamhghrafaithe, is ar éigean is féidir le modhanna traidisiúnta é a ghrafú, agus briseadh an fhoirmle leictriceimiceach de leictrealú salann leáite trí theorannú na n-amhábhar, agus tá sé oiriúnach do bheagnach gach ábhar carbóin traidisiúnta.
I measc na n-ábhar carbóin traidisiúnta tá carbóin dubh, carbón gníomhachtaithe, gual, etc., i measc a bhfuil gual an ceann is geallta.Glacann an dúch gual-bhunaithe gual mar an réamhtheachtaí agus ullmhaítear é i dtáirgí graifíte ag teocht ard tar éis na réamhchóireála.
Le déanaí, molann an páipéar seo modhanna leictriceimiceach nua, mar shampla Peng, trí leictrealú salann leáite ní dócha go graphitized carbóin dubh isteach an crystallinity ard de graifít, an leictrealú samplaí graifít ina bhfuil an cruth petal sliseanna nanaiméadar grafite, tá achar dromchla ard ar leith, nuair a úsáidtear é le haghaidh catóide ceallraí litiam léirigh feidhmíocht leictriceimiceach den scoth níos mó ná graifít nádúrtha.
Zhu et al.cuir an gual íseal-chaighdeán cóireáilte deashing isteach sa chóras salann leáite CaCl2 le haghaidh leictrealú ag 950 ℃, agus d'éirigh leis an gual íseal-chaighdeán a chlaochlú go graifít le criostalacht ard, rud a léirigh feidhmíocht ráta maith agus saolré timthriall fada nuair a úsáidtear é mar anóid ceallraí ian litiam .
Léiríonn an turgnamh go bhfuil sé indéanta cineálacha éagsúla ábhair charbóin thraidisiúnta a thiontú go graifít trí leictrealú salainn leáite, rud a osclaíonn bealach nua le haghaidh graifít shintéiseach sa todhchaí.
1.2 meicníocht na
Úsáideann modh leictrealú salann leáite ábhar carbóin mar chatóid agus é a thiontú ina graifít le criostalacht ard trí pholarú cathodach.Faoi láthair, luann an litríocht atá ann cheana féin deireadh a chur le ocsaigin agus athchóiriú fad-achair na n-adamh carbóin sa phróiseas comhshó féideartha de pholarú cathodic.
Cuirfidh láithreacht ocsaigine in ábhair charbóin bac ar graifítiú go pointe áirithe.Sa phróiseas grafitization traidisiúnta, déanfar ocsaigin a bhaint go mall nuair a bhíonn an teocht níos airde ná 1600K.Mar sin féin, tá sé thar a bheith áisiúil dí-ocsaídiú trí pholarú cathodic.
Peng, srl sa turgnaimh don chéad uair a chur ar aghaidh den chéad uair meicníocht poitéinseal polarú cathodic leictrealú salann leáite, is é sin an graphitization is mó an áit le tosú a bheith suite i microsféar carbóin soladach / comhéadan leictrilít, an chéad fhoirm microsphere carbóin thart ar thrastomhas bunúsach céanna. bhlaosc graifít, agus ansin ní leathnaíonn adaimh charbóin ainhidriúil cobhsaí go dtí calóg graifíte seachtrach níos cobhsaí, go dtí go ndéantar graifít iomlán orthu,
Tá baint ocsaigine ag gabháil leis an bpróiseas grafitization, rud a dheimhnítear freisin le turgnaimh.
Tá Jin et al.freisin go gcruthófar an dearcadh seo trí thurgnaimh.Tar éis carbónú glúcóis, rinneadh graphitization (cion ocsaigine 17%).Tar éis grafitization, na sféir charbóin bunaidh soladach (Fíor 1a agus 1c) déanta blaosc scagach comhdhéanta de nanasheets graifít (Fíor 1b agus 1d).
Trí shnáithíní carbóin a leictrealú (16% ocsaigine), féadfar na snáithíní carbóin a thiontú ina feadáin graifíte tar éis graifíte de réir na meicníochta tiontaithe atá sonraithe sa litríocht
Creidtear go bhfuil an ghluaiseacht achar fada faoi polarú cathodic na n-adamh carbóin ní mór an graifít ardchriostail a athshocrú carbóin éagruthach a phróiseáil, graifít sintéiseacha cruth peitil nanastruchtúir ar leith tairbhe as adaimh ocsaigine ó, ach an sonracha conas tionchar a imirt ar struchtúr nanaiméadar graifít nach bhfuil soiléir, cosúil le ocsaigin ó chnámharlach carbóin tar éis conas ag an imoibriú catóide, etc.,
Faoi láthair, tá an taighde ar an meicníocht fós sa chéim tosaigh, agus tá gá le tuilleadh taighde.
1.3 Tréithriú moirfeolaíoch ar graifít shintéiseach
Úsáidtear SEM chun moirfeolaíocht dromchla micreascópach na graifíte a urramú, úsáidtear TEM chun moirfeolaíocht struchtúrach níos lú ná 0.2 μm a urramú, is iad XRD agus speictreascópacht Raman na modhanna is coitianta a úsáidtear chun micreastruchtúr graifíte a thréithriú, úsáidtear XRD chun an criostail a thréithriú. Úsáidtear faisnéis graifíte, agus speictreascópacht Raman chun na lochtanna a shainiú agus méid na graifíte a ordú.
Tá go leor pores sa graifít ullmhaithe ag polarú catóide leictrealú salann leáite.I gcás amhábhar éagsúla, mar leictrealú carbóin dubh, faightear nanastruchtúir scagach cosúil le peitil.Déantar anailís speictrim XRD agus Raman ar an dubh carbóin tar éis leictrealú.
Ag 827 ℃, tar éis dó a bheith cóireáilte le voltas 2.6V ar feadh 1h, tá íomhá speictreach Raman de charbón dubh beagnach mar an gcéanna le graifít tráchtála.Tar éis an carbóin dubh a chóireáil le teochtaí éagsúla, déantar an buaic tréith graifít géar (002) a thomhas.Léiríonn an bhuaic díraonta (002) an leibhéal treoshuímh atá ag an gciseal carbóin aramatach i ngraifít.
Is é an níos géire an ciseal carbóin, is amhlaidh is mó atá sé dírithe.
D'úsáid Zhu an gual inferior íonaithe mar an chatóid sa turgnamh, agus athraíodh microstructure an táirge grafite ó struchtúr gráinneach go mór-graifít, agus breathnaíodh an ciseal graifít daingean freisin faoin micreascóp leictreon tarchurtha ardráta.
I speictream Raman, le hathrú ar choinníollacha turgnamhacha, d'athraigh an luach ID/Ig freisin.Nuair a bhí an teocht leictrealaíoch 950 ℃, ba é 6h an t-am leictrealaíoch, agus ba é 2.6V an voltas leictrealaíoch, ba é 0.3 an luach ID / Ig is ísle, agus bhí an buaic D i bhfad níos ísle ná an bhuaic G.Ag an am céanna, léirigh an chuma ar bhuaic 2D freisin foirmiú struchtúr grafite an-ordaithe.
Deimhníonn buaic díraonta géar (002) san íomhá XRD freisin go n-éireoidh le gual inferior a thiontú go graifít le criostalacht ard.
Sa phróiseas graifíte, beidh ról cur chun cinn ag méadú teochta agus voltais, ach laghdóidh voltas ró-ard an toradh graifíte, agus cuirfidh teocht ró-ard nó am grafitization ró-fhada amú acmhainní, mar sin d'ábhair charbóin éagsúla. , tá sé tábhachtach go háirithe iniúchadh a dhéanamh ar na coinníollacha leictrealaíoch is oiriúnaí, is é an fócas agus an deacracht freisin.
Tá airíonna leictriceimiceacha den scoth ag an nanastruchtúr flake cosúil le peitil seo.Ligeann líon mór pores gur féidir hiain a chur isteach/a mheas go tapa, ag soláthar ábhar catóide ardchaighdeáin do chadhnraí, etc. Dá bhrí sin, is modh grafitithe an-fhéideartha é an modh grafite leictriceimiceach.
Modh leictrealú salann leáite
2.1 Leictridhílsiú dé-ocsaíd charbóin
Mar an gás ceaptha teasa is tábhachtaí, is acmhainn in-athnuaite neamhthocsaineach, neamhdhíobhálach, saor agus atá ar fáil go héasca é CO2.Mar sin féin, tá carbóin i CO2 sa stát ocsaídiúcháin is airde, agus mar sin tá cobhsaíocht ard teirmidinimice ag CO2, rud a fhágann go bhfuil sé deacair athúsáid.
Is féidir an taighde is luaithe ar leictrealúite CO2 a rianú siar go dtí na 1960idí.Ingram et al.d'ullmhaigh carbóin ar leictreoid óir go rathúil i gcóras salann leáite Li2CO3-Na2CO3-K2CO3.
Van et al.chuir sé in iúl go raibh struchtúir dhifriúla ag na púdair charbóin a fuarthas ag féidearthachtaí laghdaithe éagsúla, lena n-áirítear graifít, carbóin éagruthach agus nana-naifibreoirí carbóin.
Trí salann leáite a ghabháil CO2 agus modh ullmhúcháin rath ábhar carbóin, tar éis tréimhse fada de scoláirí taighde a bheith dírithe ar mheicníocht foirmiú taiscí carbóin agus éifeacht na coinníollacha leictrealú ar an táirge deiridh, lena n-áirítear teocht leictrealaíoch, voltas leictrealaíoch agus comhdhéanamh na. salann leáite agus leictreoidí, etc., tá bonn láidir leagtha síos ag ullmhú ardfheidhmíochta na n-ábhar graifíte chun CO2 a leictrealú.
Trí an leictrilít a athrú agus córas salainn leáite CaCl2-bhunaithe a úsáid le héifeachtúlacht gabhála CO2 níos airde, tá Hu et al.graphene ullmhaithe go rathúil le céim grafitization níos airde agus nanafeadáin charbóin agus struchtúir nanagrafít eile trí staidéar a dhéanamh ar choinníollacha leictrealaíoch mar teocht leictrealú, comhdhéanamh leictreoid agus comhdhéanamh salann leáite.
I gcomparáid leis an gcóras carbónáit, tá na buntáistí a bhaineann le CaCl2 saor agus éasca a fháil, seoltacht ard, éasca le tuaslagtha in uisce, agus tuaslagthacht níos airde d'ian ocsaigine, a sholáthraíonn coinníollacha teoiriciúla chun CO2 a thiontú go táirgí graifíte le luach ard breise.
2.2 Meicníocht an Chlaochlaithe
Áirítear go príomha gabháil CO2 agus laghdú indíreach ar ullmhú ábhair charbóin ard-bhreisluacha trí CO2 a leictrealú ó shalann leáite.Críochnaítear gabháil CO2 le O2 saor in aisce i salann leáite, mar a thaispeántar in Cothromóid (1):
CO2+O2- →CO3 2- (1)
Faoi láthair, tá trí mheicníocht imoibrithe laghdaithe indíreach molta: imoibriú aon-chéim, imoibriú dhá chéim agus meicníocht imoibrithe laghdaithe miotail.
Ba é Ingram a mhol an mheicníocht imoibrithe aonchéime ar dtús, mar a léirítear i gcothromóid (2):
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
Ba é Borucka et al. a mhol an mheicníocht imoibrithe dhá chéim, mar a thaispeántar sa chothromóid (3-4):
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
Mhol Deanhardt et al an meicníocht imoibrithe laghdaithe miotail.Chreid siad gur laghdaíodh iain mhiotail ar dtús go miotail i gcatóid, agus ansin laghdaíodh an miotal go hiain charbónáit, mar a léirítear sa chothromóid (5~6):
M- + E – →M (5)
4 m + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)
Faoi láthair, glactar leis an meicníocht imoibrithe aon-chéim go ginearálta sa litríocht atá ann cheana féin.
Ceann et al.staidéar ar chóras carbónáit Li-Na-K le nicil mar chatóid, dé-ocsaíd stáin mar anóid agus sreang airgid mar leictreoid tagartha, agus fuarthas an figiúr tástála voltaiméadrachta timthriallach i bhFíor 2 (ráta scanadh 100 mV/s) ag catóide nicil, agus fuarthas nach raibh ach buaic laghdaithe amháin (ag -2.0V) sa scanadh diúltach.
Mar sin, is féidir a thabhairt i gcrích nár tharla ach imoibriú amháin le linn laghdú carbónáit.
Tá Gao et al.fuair sé an voltaiméadracht timthriallach céanna sa chóras carbónáit céanna.
Ge et al.d'úsáid anóid támh agus catóide tungstain chun CO2 a ghabháil sa chóras LiCl-Li2CO3 agus fuarthas íomhánna comhchosúla, agus níor tháinig ach buaic laghdaithe de thaisce carbóin le feiceáil sa scanadh diúltach.
Sa chóras salann leáite miotail alcaileach, ginfear miotail alcaile agus CO agus carbón á thaisceadh ag an gcatóid.Mar sin féin, toisc go bhfuil na coinníollacha teirmidinimiciúla imoibrithe sil-leagan carbóin níos ísle ag teocht níos ísle, ní féidir ach laghdú carbónáit go carbóin a bhrath sa turgnamh.
2.3 Gabháil CO2 le salann leáite chun táirgí graifíte a ullmhú
Is féidir nana-ábhair graifíte ard-bhreisluacha ar nós graphene agus nanafeadáin charbóin a ullmhú trí CO2 a leictrealú ó shalann leáite trí choinníollacha turgnamhacha a rialú.Hu et al.úsáidtear cruach dhosmálta mar chatóid sa chóras salann leáite CaCl2-NaCl-CaO agus leictrealú ar feadh 4h faoi choinníoll voltas tairiseach 2.6V ag teochtaí éagsúla.
Buíochas le catalú iarainn agus éifeacht pléascach CO idir sraitheanna graifíte, fuarthas graphene ar dhromchla catóide.Léirítear próiseas ullmhúcháin graphene i bhFíor 3.
An pictiúr
Chuir staidéir níos déanaí Li2SO4 leis ar bhonn córas salann leáite CaCl2-NaClCaO, bhí teocht leictrealú 625 ℃, tar éis 4h de leictrealú, ag an am céanna sa sil-leagan catodic de charbóin a fuarthas graphene agus nanaifeadáin charbóin, fuair an staidéar go Li + agus SO4 2 - a thabhairt ar éifeacht dhearfach ar graphitization.
Déantar sulfair a chomhtháthú go rathúil sa chomhlacht carbóin freisin, agus is féidir leatháin graifíte ultra-tanaí agus carbóin filamentous a fháil trí na coinníollacha leictrealaíoch a rialú.
Tá ábhar cosúil le teocht leictrealaíoch ard agus íseal le haghaidh foirmiú graphene ríthábhachtach, nuair a bhíonn an teocht níos airde ná 800 ℃ níos éasca a ghiniúint CO in ionad carbóin, beagnach aon sil-leagan carbóin nuair níos airde ná 950 ℃, mar sin tá an rialú teochta thar a bheith tábhachtach. a tháirgeadh graphene agus nanafeadáin charbóin, agus ar ais ar an ngá atá le taiscthe carbóin imoibriú imoibriú CO sineirgíocht chun a chinntiú go catóide a ghiniúint graphene cobhsaí.
Soláthraíonn na hoibreacha seo modh nua chun táirgí nanagrafítí a ullmhú trí CO2, rud a bhfuil tábhacht mhór aige maidir le réiteach gás ceaptha teasa agus ullmhú graphene.
3. Achoimre agus Outlook
Le forbairt go mear ar thionscal nua fuinnimh, níor éirigh le graifít nádúrtha freastal ar an éileamh atá ann faoi láthair, agus tá airíonna fisiceacha agus ceimiceacha níos fearr ag graifít shaorga ná graifít nádúrtha, agus mar sin is sprioc fadtéarmach é graifít saor, éifeachtach agus neamhdhíobhálach don chomhshaol.
Modhanna leictriceimiceach grafitization in amhábhair sholadach agus gásach leis an modh polarú cathodic agus sil leictriceimiceach go rathúil as na hábhair graifít le breisluach ard, i gcomparáid leis an mbealach traidisiúnta grafitization, tá an modh leictriceimiceach éifeachtacht níos airde, tomhaltas fuinnimh níos ísle, Is féidir cosaint an chomhshaoil glas, le haghaidh beag teoranta ag ábhair roghnacha ag an am céanna, de réir na gcoinníollacha éagsúla leictrealú a ullmhú ag deilbhíocht éagsúla de struchtúr graifít,
Soláthraíonn sé bealach éifeachtach chun gach cineál carbóin éagruthach agus gáis cheaptha teasa a thiontú go hábhair luachmhara grafite nana-struchtúrtha agus tá ionchas maith iarratais aige.
Faoi láthair, tá an teicneolaíocht seo ina thús.Is beag staidéar a rinneadh ar graifítiú trí mhodh leictriceimiceach, agus tá go leor próisis anaithnide ann fós.Dá bhrí sin, is gá tosú ó amhábhair agus staidéar cuimsitheach agus córasach a dhéanamh ar charbóin éagruthacha éagsúla, agus ag an am céanna iniúchadh a dhéanamh ar theirmidinimic agus dinimic chomhshó graifíte i leibhéal níos doimhne.
Tá tábhacht fhorleathan acu seo maidir le forbairt an tionscail graifíte sa todhchaí.
Am postála: Bealtaine-10-2021