Pam fod calsiwm carbid yn ffynhonnell garbon ymarferol
Mae calsiwm carbid (CaC2) yn cael ei gynhyrchu gan y gostyngiad yn nhymheredd calch â charbon mewn ffwrnais drydan, ac mae'n parhau i fod yn un o'r cludwyr carbon dwysaf cost isaf sy'n cael eu masnachu mewn swmp tunelledd. Mae ei werth ar gyfer cynhyrchu graphene yn adweithedd yr ïon carbid: mae'r sgerbwd carbon sydd ei angen ar gyfer twf dau ddimensiwn eisoes wedi'i ymgynnull mewn uned garbon dau ddimensiwn syml, felly mae'r deunydd crai yn cyrraedd â llawer llai o waith cyn-drin na graffit naturiol neu nwy hydrocarbon, a rhaid i'r ddau ohonynt gael eu cracio neu eu puro yn gyntaf fel ffynhonnell twf.
Mae calsiwm carbid masnachol yn cael ei raddio'n bennaf yn ôl cynnyrch asetylen a maint lwmp. Mae dosbarthiadau maint safonol yn cynnwys 0-5 mm, 5-25 mm, 25-50 mm a 50-80 mm. Mae'r dosbarthiadau bras yn cael eu dewis fel arfer ar gyfer synthesis cemegol oherwydd eu bod yn amlygu llai o arwynebedd i leithder amgylchynol wrth storio a chludo, felly mae llai o ddeunydd yn cael ei golli i hydrolysis cynamserol cyn iddo gyrraedd yr adweithydd.
Llwybr Paratoi Pum{{0}Cam ar gyfer Dau-Graffene Dimensiynol
Mae cam un yn ffurfio'r rhagflaenydd ffynhonnell carbon. Mae calsiwm carbid a syrffactydd yn cael eu gwefru i mewn i agitator caeedig ar gymhareb màs o 50:(3-6). Mae'r llong yn cael ei gadw ar 60-100 gradd C a'i droi ar 80-120 rpm am 5-10 munud. Defnyddir tymheredd cymedrol a chneifio isel yn fwriadol, oherwydd byddai gorboethi lleol yn dadelfennu'r syrffactydd cyn y gall sefydlogi'r carbid gwasgaredig.
Mae cam dau yn adeiladu'r templed. Mae rheithorit yn cael ei olchi ag ethanol yn gyntaf ac yna ei gyfuno â chatalydd mewn rheithorit-i{-cymhareb màs catalydd o 8:(0.1-0.3). Mae'r cyfuniad yn cael ei drin mewn uned microdon â sgôr o 500-600 W am 3-5 munud i roi templed catalydd a gefnogir gan reithorit. Mae golchi ethanol yn bwynt rheoli yn hytrach na cham glanhau: mae dŵr arsugnedig yn y clai yn cystadlu â'r rhagflaenydd carbon yn ystod intercalation ac yn lleihau unffurfiaeth y llenwad interlayer.
Cam tri yw'r cam rhyngosod. Mae'r rhagflaenydd o gam un a'r templed wedi'i lwytho o gam dau yn cael eu gwefru i mewn i gymysgydd gwasgaru caeedig ar gymhareb màs o 1:(3-4). Mae'r cymysgydd yn cael ei gadw ar 60-80 gradd C a'i redeg ar 800-1000 rpm tra bod gwactod o 5-10 MPa yn cael ei gymhwyso am 10-20 munud, fel bod y rhagflaenydd yn cael ei dynnu i mewn a'i gadw y tu mewn i orielau interlayer y rheithorit. Mae'r cynnyrch yn rhagflaenydd ffynhonnell carbon rheithorit-interlayer.
Cam pedwar yw'r cam twf. Rhoddir y rhagflaenydd rhyngosodedig mewn adweithydd sych caeedig, ychwanegir asid cymysg, a chynhesir yr adweithydd i 800-1000 gradd C o dan lif argon o 80-100 ml / min. Yr amser adweithio yw 3-8 awr, ac ar ôl hynny mae'r tâl yn oeri'n naturiol i tua 20 gradd C. Yna caiff y fframwaith rheithorit ei dynnu gydag asid nitrig 30-50% fesul màs i adael cynnyrch cynradd graphene.
Mae cam pump yn puro'r cynnyrch. Mae'r cynnyrch sylfaenol yn cael ei olchi gyda hydoddiant alcali nes bod y hylif golchi yn niwtral ac yna'n sychu. Mae'r allbwn yn fawr-maint dau-graffen gyda thrwch haen o 2 nm neu lai, sy'n cyfateb i nifer fach o haenau carbon wedi'u pentyrru.
| Cam proses | Paramedr allweddol | Gosodiad |
|---|---|---|
| Ffurfio rhagflaenydd | Cymhareb màs CaC2 i syrffactydd | 50:(3-6) |
| Ffurfio rhagflaenydd | Tymheredd / troi | 60-100 gradd C / 80-120 rpm / 5-10 munud |
| Paratoi templed | Cymhareb màs rheithorit i gatalydd | 8:(0.1-0.3) |
| Paratoi templed | Gradd / amser microdon | 500-600 W / 3-5 mun |
| Intercalation | Cymhareb màs rhagflaenydd i dempled | 1:(3-4) |
| Intercalation | Amser gwactod / gwasgariad | 5-10 MPa / 10-20 munud ar 800-1000 rpm |
| Adwaith twf | Tymheredd / amser / llif argon | 800-1000 gradd C / 3-8 h / 80-100 ml y funud |
| Puredigaeth | Cryfder asid nitrig | 30-50% yn ôl màs, yna golchi i niwtral |
Arfer Ffwrnais a Dwysedd Ynni'r Porthiant
Lleihau'r ffwrnais drydan yw'r unig lwybr a ddefnyddir ar gyfer cynhyrchu calsiwm carbid diwydiannol. Mae carbid tawdd yn llifo o waelod y ffwrnais adwaith i danc derbyn ac yn cael ei oeri i mewn i gynnyrch solet sy'n cael ei falu a'i sgrinio wedi hynny. Mae'r llawdriniaeth yn broses ddwys o dymheredd uchel, llwch. Yn y 1980au, roedd cynhyrchu un tunnell o carbid calsiwm diwydiannol yn bwyta 10 i 11 GJ o ynni trydanol; mae ffwrneisi caeedig, mawr yn cael eu ffafrio bellach oherwydd eu bod yn lleihau colled gwres ac yn gwneud y carbon monocsid sgil-gynnyrch yn adferadwy fel tanwydd neu fel porthiant cemegol yn hytrach na'i fflachio.
Paramedrau Ansawdd i'w Nodi ar gyfer y Cynnyrch Graphene
Mae tri gwerth derbyn yn rheoli gwerth masnachol yr allbwn: trwch haen, maint naddion ochrol a chynnwys anorganig gweddilliol. Rhaid i drwch haen o 2 nm neu lai gael ei gadarnhau gan ficrosgopeg a chan yr eirfa ddeunydd dau ddimensiwn cyfatebol, ac nid yw tystysgrif y cyflenwr yn unig yn dystiolaeth ddigonol. Mae catalydd gweddilliol a gweddillion clai yn cael eu rheoli gan y driniaeth asid nitrig a chan y golchiad niwtraliad, felly dylai cryfder asid, hyd y driniaeth a'r pwynt gorffen golchi i gyd ymddangos yn y cofnod swp. Mae ISO/TS 80004-13 yn diffinio graphene a deunyddiau dau ddimensiwn cysylltiedig ac yn darparu'r derminoleg a ddefnyddir fel arfer pan fydd y gwerthoedd hyn yn cael eu hysgrifennu mewn manyleb prynu.
Pecynnu, Storio a Diogelwch
Rhaid cadw carbid calsiwm yn sych ac i ffwrdd o ddŵr, oherwydd mae cysylltiad â lleithder yn cynhyrchu asetylen, nwy fflamadwy. Drymiau dur wedi'u selio mewn meintiau 50 kg a 100 kg yw'r deunydd pacio allforio arferol, ac mae lympiau bras o 50-80mm yn cael eu ffafrio i'w hallforio oherwydd eu bod yn goroesi trin gyda llai o ddirwyon. Ni ddylid byth agor drwm neu fag sydd wedi amsugno lleithder mewn man caeedig heb awyru. Ar yr ochr graphene, dylid cwblhau'r sychu cyn pacio: lleithder wedi'i arsugnu ar arwynebedd uchel mae powdr carbon yn hybu ail-grynhoad ac yn newid y dosbarthiad maint gronynnau mesuredig.
Cwestiynau Cyffredin
Q:Beth yw mantais calsiwm carbid dros graffit fel ffynhonnell carbon graphene?
A: Mae asgwrn cefn carbon eisoes yn bresennol fel uned garbon dau adweithiol, felly mae'r broses yn osgoi'r camau puro graffit a chracio hydrocarbon sy'n defnyddio ynni a chyfalaf ychwanegol.
Q:Pa gymhareb màs o galsiwm carbid i syrffactydd a ddefnyddir yn y cam rhagflaenol?
A: 50: (3-6), cymysg mewn agitator caeedig ar 60-100 gradd C a 80-120 rpm am 5-10 munud.
Q:Pam mae'r rheithorit yn cael ei olchi ag ethanol cyn y cam microdon?
A: Mae ethanol yn tynnu dŵr adsorbed, a byddai lleithder gweddilliol yn cystadlu â'r rhagflaenydd carbon pan gaiff ei dynnu i mewn i'r orielau interlayer yn ystod intercalation gwactod.
Q:Pa lefel gwactod a chyflymder cymysgu a ddefnyddir yn y cymysgydd gwasgaru?
A: 800-1000 rpm gyda gwactod o 5-10 MPa am 10-20 munud ar dymheredd rheoledig o 60-80 gradd C.
Q:Beth yw'r amodau twf y tu mewn i'r adweithydd sych?
A: 800-1000 gradd C am 3-8 awr o dan argon ar 80-100 ml y funud, ac yna oeri naturiol i tua 20 gradd C.
Q:Sut mae'r templed rheithorit yn cael ei ddileu ar ôl twf?
A: Gyda 30-50% o asid nitrig yn ôl màs, ac ar ôl hynny mae'r cynnyrch yn cael ei olchi â hydoddiant alcali i niwtraliaeth a'i sychu i'r powdr graphene terfynol.