新能源多孔碳是一種具有高比表面積(可達 3000 m2/g 以上)、可調控孔徑分布(0.5 - 50 nm)以及優異化學穩定性的碳材料。它通常以生物質、石油瀝青等為原料,通過活化法、溶膠 - 凝膠法等制備而成。
新能源多孔碳在以下領域有重要應用:
能量儲存:在鋰離子電池中,可作為硅碳負極的骨架,將硅的體積膨脹率從 300% 降至 15% 以下,提高電池的循環穩定性;在鋰硫電池中,富缺陷多孔碳材料能夠有效抑制硫電極的體積膨脹和穿梭效應,提升電池性能。它也是超級電容器的理想電極材料,比電容可達 350 F/g,是傳統活性炭的 3 倍,可用于智能電子設備、備用電源、混合動力汽車等的電源。
能量轉換:在燃料電池、金屬 - 空氣電池等涉及氧還原反應的能量轉換裝置中,雜原子摻雜的多孔碳納米材料表現出優異的氧還原性能,可作為貴金屬催化劑的替代品。此外,多孔碳材料與過渡金屬結合,可用于提高析氫反應的電催化活性,在水電解制氫中發揮作用。
多孔碳制備原料
碳源:
生物質:如木材、竹子、秸稈、水果殼等。這些生物質含有豐富的碳元素,經過碳化和活化等處理后可轉化為多孔碳材料。例如,以椰子殼為原料,通過碳化和氫氧化鉀活化,可制得具有高比表面積的多孔碳,用于超級電容器電極材料。
樹脂類:酚醛樹脂、聚酰胺樹脂、聚酯樹脂等。樹脂具有良好的成碳性,在高溫下可轉化為碳材料,并且通過調節樹脂的種類和制備工藝,可以控制多孔碳的結構和性能。如酚醛樹脂常用于制備高性能的多孔碳,可通過與模板劑結合,制備出具有特定孔徑分布的多孔碳材料。
其他碳源:還有石油瀝青、煤焦油、葡萄糖、蔗糖等。這些碳源經過適當的處理,如聚合、碳化、活化等步驟,也可用于制備多孔碳。例如,石油瀝青經過熱處理和活化,可得到具有較高石墨化程度的多孔碳,適用于鋰離子電池負極材料。
活化劑:常用的活化劑有氫氧化鉀(KOH)、氫氧化鈉(NaOH)、碳酸鉀(K?CO?)、二氧化碳(CO?)、水蒸氣等?;罨瘎┑淖饔檬窃谔疾牧现袆撛斐鲐S富的孔隙結構,提高比表面積和孔隙率。例如,KOH 活化法是一種常用的制備多孔碳的方法,KOH 與碳源在高溫下發生反應,可刻蝕碳骨架,形成大量的微孔和介孔。
那艾噴霧干燥工藝在多孔碳制備中的廣泛的應用案例
在多孔碳的制備中,噴霧干燥工藝常被用于制備多孔碳前驅體。例如,將樹脂、碳納米管、KOH 分別溶解分散于乙醇后混合,得到混合漿液,然后對混合漿液進行噴霧干燥,可得到多孔碳前驅體。此外,也可以將模板乳液與碳源混合后稀釋得到混合前體溶液,經噴霧干燥得到多孔碳前驅體。噴霧干燥過程中,通過控制噴霧溫度、溶液進料流速、霧化壓力等參數,可以調控前驅體的顆粒大小、形狀和孔隙結構,進而影響最終多孔碳材料的性能。
斷血流皂苷微球的制備:以丙烯酸樹脂為囊材,微粉硅膠為抗黏劑、甘油為增塑劑、95% 乙醇為溶劑,采用噴霧干燥法制備斷血流皂苷微球。稱取一定量的囊材,用 95% 乙醇溶解并配成不同濃度,將斷血流皂苷溶于囊材溶液中,按一定比例配成待噴液,加入增塑劑和抗黏劑,攪拌均勻后進行噴霧干燥。進料速度為 2.5ml/min,進風溫度 90 度。進風溫度對微球成型至關重要,溫度過低液滴未干燥易黏壁且噴嘴易堵塞,溫度太高則易引起球殼破裂,降低包封率。
樹脂溶液噴霧干燥實驗:采用小型噴霧干燥機樹脂水溶液進行實驗。該小型噴霧干燥機適用于高校、研究所和食品醫藥化工企業實驗室生產微量顆粒粉末,對乳濁液、懸浮液等溶液具有廣譜適用性,尤其適用于對熱敏感性物質的干燥。從實驗的物料干燥成品來看,干燥后的樹脂粉末流動性不錯。
另外閉路循環噴霧干燥機采用氮氣循環系統,可干燥含乙醇等有機成分的溶液。其通過閉環氣體循環裝置將氮氣作為保護性介質循環利用,能消除溶劑蒸汽與氧氣接觸引發燃爆的風險,還采用多級冷凝回收裝置高效回收揮發的有機溶劑,回收率可達 95% 以上。
噴霧干燥是以單一工序將溶液、乳濁液、懸浮液和漿狀物料瞬間干燥成粉狀或顆粒狀產品。工藝過程簡單、干燥溫和特別適合熱敏性物料,還可以快速工業化放大生產。那艾實驗儀器的試驗中心配備了6臺功能各異的噴霧干燥造粒試驗機以及專業的試驗人員,能基本滿足客戶在粉體樣品的制取及干燥特性的確認等方面的需求,為噴霧干燥工藝研究提供可靠的依據。誠摯歡迎廣大新老客戶前來試驗、洽談。