Ang graphite gibahin sa artipisyal nga graphite ug natural nga graphite, ang napamatud-an nga reserba sa natural nga graphite sa kalibutan sa mga 2 bilyon ka tonelada.
Ang artipisyal nga graphite makuha pinaagi sa pagkadunot ug pag-init sa mga materyales nga adunay carbon ubos sa normal nga presyur. Kini nga pagbag-o nanginahanglan taas nga igo nga temperatura ug kusog ingon nga puwersa sa pagmaneho, ug ang gubot nga istruktura mabag-o sa usa ka gimando nga istruktura nga kristal nga graphite.
Ang graphitization anaa sa pinakalapad nga kahulugan sa carbonaceous nga materyal pinaagi sa labaw sa 2000 ℃ taas nga temperatura sa kainit nga pagtambal sa carbon atoms rearrangement, bisan pa ang pipila ka mga carbon nga materyales sa taas nga temperatura labaw sa 3000 ℃ graphitization, kini nga matang sa carbon nga mga materyales nailhan nga "gahi nga uling", kay sayon nga graphitized carbon nga mga materyales, ang tradisyonal nga graphitization nga pamaagi naglakip sa taas nga temperatura ug high pressure nga pamaagi, catalytic graphitization, kemikal nga alisngaw deposition pamaagi, etc.
Ang graphitization usa ka epektibo nga paagi sa taas nga dugang nga kantidad sa paggamit sa carbonaceous nga mga materyales. Human sa halapad ug lawom nga panukiduki sa mga eskolar, batakan na kini karon. Bisan pa, ang pipila nga dili maayo nga mga hinungdan naglimite sa paggamit sa tradisyonal nga graphitization sa industriya, mao nga dili malikayan nga uso ang pagsuhid sa mga bag-ong pamaagi sa graphitization.
Ang tinunaw nga asin electrolysis nga pamaagi sukad sa ika-19 nga siglo mao ang labaw pa kay sa usa ka siglo sa kalamboan, ang mga nag-unang teorya ug bag-ong mga pamaagi mao ang kanunay nga kabag-ohan ug kalamboan, karon dili na limitado sa tradisyonal nga metalurhiko industriya, sa sinugdanan sa ika-21 nga siglo, ang metal sa ang tinunaw nga sistema sa asin solid oxide electrolytic reduction pag-andam sa elemental metal nahimong focus sa mas aktibo,
Bag-ohay lang, usa ka bag-ong pamaagi sa pag-andam sa mga materyales sa graphite pinaagi sa tinunaw nga asin electrolysis nakadani ug daghang pagtagad.
Pinaagi sa cathodic polarization ug electrodeposition, ang duha ka lain-laing mga porma sa carbon hilaw nga materyales mausab ngadto sa nano-graphite nga mga materyales nga adunay taas nga dugang nga bili. Kung itandi sa tradisyonal nga teknolohiya sa graphitization, ang bag-ong pamaagi sa graphitization adunay mga bentaha sa ubos nga temperatura sa graphitization ug makontrol nga morpolohiya.
Girepaso sa kini nga papel ang pag-uswag sa graphitization pinaagi sa pamaagi sa electrochemical, gipaila kini nga bag-ong teknolohiya, gisusi ang mga bentaha ug disbentaha niini, ug gilantaw ang umaabot nga uso sa pag-uswag niini.
Una, ang tinunaw nga asin electrolytic cathode polarization pamaagi
1.1 ang hilaw nga materyal
Sa pagkakaron, ang nag-unang hilaw nga materyal sa artipisyal nga graphite mao ang dagom nga coke ug pitch coke sa taas nga graphitization degree, nga mao ang sa lana residue ug coal alkitran ingon hilaw nga materyal sa paghimo sa usa ka taas nga kalidad nga carbon nga mga materyales, uban sa ubos nga porosity, ubos nga asupre, ubos nga abo. sulod ug mga bentaha sa graphitization, human sa pag-andam niini ngadto sa graphite adunay maayo nga pagbatok sa epekto, taas nga mekanikal nga kusog, ubos nga resistivity,
Bisan pa, ang limitado nga reserba sa lana ug ang pag-usab-usab sa presyo sa lana nagpugong sa pag-uswag niini, mao nga ang pagpangita og bag-ong mga hilaw nga materyales nahimong dinalian nga problema nga sulbaron.
Ang tradisyonal nga mga pamaagi sa graphitization adunay mga limitasyon, ug ang lainlaing mga pamaagi sa graphitization naggamit sa lainlaing mga hilaw nga materyales. Alang sa dili graphitized nga carbon, ang tradisyonal nga mga pamaagi halos dili maka-graphitize niini, samtang ang electrochemical nga pormula sa tinunaw nga asin electrolysis molapas sa limitasyon sa mga hilaw nga materyales, ug angay alang sa halos tanang tradisyonal nga carbon nga materyales.
Ang tradisyonal nga carbon nga mga materyales naglakip sa carbon black, activated carbon, coal, ug uban pa, diin ang coal mao ang labing gisaad. Ang tinta nga gibase sa karbon nagkuha sa karbon ingon nga pasiuna ug giandam sa mga produkto sa graphite sa taas nga temperatura pagkahuman sa pre-treatment.
Bag-ohay lang, kini nga papel nagsugyot sa usa ka bag-o nga electrochemical mga pamaagi, sama sa Peng, pinaagi sa tinunaw nga asin electrolysis mao ang dili lagmit sa graphitized carbon itom ngadto sa hatag-as nga crystallinity sa graphite, ang electrolysis sa graphite sample nga naglangkob sa petal porma graphite nanometer chips, adunay taas nga espesipikong ibabaw nga dapit, kung gigamit alang sa lithium battery cathode nagpakita sa labing maayo nga electrochemical performance labaw pa kay sa natural nga graphite.
Zhu ug uban pa. ibutang ang deashing nga pagtratar sa ubos nga kalidad nga karbon ngadto sa CaCl2 molten salt system para sa electrolysis sa 950 ℃, ug malampuson nga giusab ang ubos nga kalidad nga coal ngadto sa graphite nga adunay taas nga crystallinity, nga nagpakita sa maayo nga performance sa rate ug taas nga cycle sa kinabuhi kung gigamit isip anode sa lithium ion nga baterya .
Gipakita sa eksperimento nga mahimo nga mabag-o ang lainlaing mga lahi sa tradisyonal nga mga materyales sa carbon ngadto sa graphite pinaagi sa molten salt electrolysis, nga nagbukas sa usa ka bag-ong paagi alang sa umaabot nga synthetic graphite.
1.2 ang mekanismo sa
Ang molten salt electrolysis nga pamaagi naggamit sa carbon material isip cathode ug nag-convert niini ngadto sa graphite nga adunay taas nga crystallinity pinaagi sa cathodic polarization. Sa pagkakaron, ang kasamtangan nga literatura naghisgot sa pagtangtang sa oksiheno ug layo nga gilay-on pag-usab sa mga atomo sa carbon sa potensyal nga proseso sa pagkakabig sa cathodic polarization.
Ang presensya sa oksiheno sa mga materyales sa carbon makababag sa graphitization sa pila ka sukod. Sa tradisyonal nga proseso sa graphitization, ang oxygen hinayhinay nga makuha kung ang temperatura mas taas kaysa 1600K. Bisan pa, labi ka dali nga mag-deoxidize pinaagi sa cathodic polarization.
Peng, ug uban pa sa mga eksperimento sa unang higayon nga gibutang sa unahan ang tinunaw nga asin electrolysis cathodic polarization potensyal nga mekanismo, nga mao ang graphitization labing dapit sa pagsugod mao ang nahimutang sa solid carbon microspheres/electrolyte interface, unang carbon microsphere porma sa palibot sa usa ka sukaranan nga sama nga diametro. kabhang sa graphite, ug dayon dili gyud lig-on nga anhydrous carbon carbon atoms mikaylap ngadto sa mas lig-on nga gawas nga graphite flake, hangtud nga hingpit nga ma-graphit,
Ang proseso sa graphitization giubanan sa pagtangtang sa oxygen, nga gipamatud-an usab sa mga eksperimento.
Jin ug uban pa. gipamatud-an usab kini nga punto sa panglantaw pinaagi sa mga eksperimento. Pagkahuman sa carbonization sa glucose, ang graphitization (17% nga sulud sa oxygen) gihimo. Human sa graphitization, ang orihinal nga solid carbon spheres (Fig. 1a ug 1c) nahimong porous shell nga gilangkuban sa graphite nanosheets (Fig. 1b ug 1d).
Pinaagi sa electrolysis sa carbon fibers (16% oxygen), ang carbon fibers mahimong makabig ngadto sa graphite tubes human sa graphitization sumala sa mekanismo sa pagkakabig nga gibanabana sa literatura
Nagtuo nga, ang long distance nga kalihukan ubos sa cathodic polarization sa carbon atoms ang taas nga kristal graphite ngadto sa amorphous carbon rearrange kinahanglan nga proseso, sintetikong graphite talagsaon petals porma nanostructures nakabenepisyo gikan sa oxygen atomo gikan sa, apan ang piho nga sa unsa nga paagi sa pag-impluwensya sa graphite nanometer nga gambalay dili tin-aw, sama sa oxygen gikan sa carbon skeleton pagkahuman kung giunsa ang reaksyon sa cathode, ug uban pa,
Sa pagkakaron, ang panukiduki bahin sa mekanismo anaa pa sa inisyal nga yugto, ug gikinahanglan ang dugang panukiduki.
1.3 Morphological nga kinaiya sa sintetikong graphite
Ang SEM gigamit sa pag-obserbar sa microscopic surface morphology sa graphite, TEM gigamit sa pag-obserbar sa structural morphology nga ubos pa sa 0.2 μm, XRD ug Raman spectroscopy mao ang labing kasagarang gigamit nga paagi aron mailhan ang microstructure sa graphite, XRD gigamit sa pag-ila sa kristal. impormasyon sa graphite, ug Raman spectroscopy gigamit sa pag-ila sa mga depekto ug order nga lebel sa graphite.
Adunay daghang mga pores sa graphite nga giandam sa cathode polarization sa tinunaw nga asin electrolysis. Alang sa lain-laing mga hilaw nga materyales, sama sa carbon black electrolysis, petal-sama sa porous nanostructures makuha. Ang XRD ug Raman spectrum analysis gihimo sa carbon black pagkahuman sa electrolysis.
Sa 827 ℃, human sa pagtratar sa 2.6V boltahe alang sa 1h, ang Raman spectral nga larawan sa carbon itom mao ang halos sama sa sa komersyal nga graphite. Human ang itom nga carbon gitambalan sa lain-laing mga temperatura, ang hait nga graphite nga kinaiya peak (002) gisukod. Ang diffraction peak (002) nagrepresentar sa ang-ang sa oryentasyon sa humot nga carbon layer sa graphite.
Ang mas hait nga layer sa carbon, mas oriented kini.
Gigamit ni Zhu ang purified inferior coal isip cathode sa eksperimento, ug ang microstructure sa graphitized nga produkto nausab gikan sa granular ngadto sa dako nga graphite structure, ug ang hugot nga graphite layer nakita usab ubos sa high rate transmission electron microscope.
Sa Raman spectra, uban sa pagbag-o sa mga kondisyon sa eksperimento, ang ID/Ig nga bili usab nausab. Sa diha nga ang electrolytic temperatura mao ang 950 ℃, ang electrolytic nga panahon mao ang 6h, ug ang electrolytic boltahe mao ang 2.6V, ang labing ubos ID/Ig bili mao ang 0.3, ug ang D peak mao ang mas ubos pa kay sa G peak. Sa parehas nga oras, ang dagway sa 2D peak nagrepresentar usab sa pagporma sa kaayo nga gimando nga istruktura sa graphite.
Ang hait nga (002) diffraction peak sa XRD image nagpamatuod usab sa malampuson nga pagkakabig sa ubos nga coal ngadto sa graphite nga adunay taas nga crystallinity.
Sa proseso sa graphitization, ang pagtaas sa temperatura ug boltahe adunay papel nga nagpasiugda, apan ang taas nga boltahe makapakunhod sa ani sa graphite, ug ang taas nga temperatura o taas nga oras sa graphitization magdala sa pag-usik sa mga kahinguhaan, busa alang sa lainlaing mga materyales sa carbon , kini mao ang ilabi na nga importante sa pagsuhid sa labing tukma nga electrolytic nga mga kahimtang, mao usab ang focus ug kalisud.
Kini nga petal-like flake nanostructure adunay maayo kaayo nga electrochemical properties. Ang usa ka dako nga gidaghanon sa mga pores nagtugot sa mga ion nga dali nga masulod / ma-deembed, nga naghatag og taas nga kalidad nga mga materyales sa cathode alang sa mga baterya, ug uban pa. Busa, ang electrochemical method graphitization usa ka potensyal nga pamaagi sa graphitization.
Pamaagi sa electrodeposition sa tinunaw nga asin
2.1 Electrodeposition sa carbon dioxide
Isip labing importante nga greenhouse gas, ang CO2 usa usab ka dili makahilo, dili makadaot, barato ug dali nga makuha nga mabag-o nga kapanguhaan. Bisan pa, ang carbon sa CO2 anaa sa pinakataas nga estado sa oksihenasyon, mao nga ang CO2 adunay taas nga thermodynamic stability, nga nagpalisud sa paggamit pag-usab.
Ang pinakauna nga panukiduki sa CO2 electrodeposition masubay balik sa 1960s. Ingram et al. malampuson nga giandam ang carbon sa bulawan nga electrode sa tinunaw nga sistema sa asin sa Li2CO3-Na2CO3-K2CO3.
Van ug uban pa. Gipunting nga ang mga carbon powder nga nakuha sa lainlaing mga potensyal sa pagkunhod adunay lainlaing mga istruktura, lakip ang graphite, amorphous carbon ug carbon nanofibers.
Pinaagi sa tinunaw nga asin aron makuha ang CO2 ug pamaagi sa pag-andam sa kalampusan sa materyal nga carbon, pagkahuman sa taas nga panahon sa mga iskolar sa panukiduki naka-focus sa mekanismo sa pagporma sa carbon deposition ug ang epekto sa mga kondisyon sa electrolysis sa katapusan nga produkto, nga naglakip sa temperatura sa electrolytic, electrolytic boltahe ug komposisyon sa tinunaw nga asin ug mga electrodes, ug uban pa, ang pag-andam sa taas nga performance sa graphite nga mga materyales alang sa electrodeposition sa CO2 nagbutang sa usa ka lig-on nga pundasyon.
Pinaagi sa pagbag-o sa electrolyte ug paggamit sa CaCl2-based molten salt system nga adunay mas taas nga CO2 capture efficiency, Hu et al. malampusong nag-andam sa graphene nga adunay mas taas nga graphitization degree ug carbon nanotubes ug uban pang nanographite structures pinaagi sa pagtuon sa electrolytic nga mga kondisyon sama sa electrolysis temperature, electrode composition ug molten salt composition.
Kung itandi sa carbonate system, ang CaCl2 adunay mga bentaha nga barato ug dali makuha, taas nga conductivity, dali nga matunaw sa tubig, ug mas taas nga solubility sa oxygen ions, nga naghatag mga teoretikal nga kondisyon alang sa pagbag-o sa CO2 ngadto sa mga produkto sa graphite nga adunay taas nga dugang nga kantidad.
2.2 Mekanismo sa Pagbag-o
Ang pag-andam sa taas nga kantidad nga gidugang nga carbon nga mga materyales pinaagi sa electrodeposition sa CO2 gikan sa tinunaw nga asin nag-una naglakip sa CO2 pagdakop ug dili direkta nga pagkunhod. Ang pagdakop sa CO2 makompleto sa libreng O2- sa tinunaw nga asin, sama sa gipakita sa Equation (1):
CO2+O2-→CO3 2- (1)
Sa pagkakaron, tulo ka dili direkta nga mga mekanismo sa reaksyon sa pagkunhod ang gisugyot: usa ka lakang nga reaksyon, duha ka lakang nga reaksyon ug mekanismo sa reaksyon sa pagkunhod sa metal.
Ang usa ka lakang nga mekanismo sa reaksyon unang gisugyot ni Ingram, ingon sa gipakita sa Equation (2):
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
Ang duha ka lakang nga mekanismo sa reaksyon gisugyot ni Borucka et al., ingon sa gipakita sa Equation (3-4):
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
Ang mekanismo sa metal reduction reaction gisugyot ni Deanhardt et al. Nagtuo sila nga ang mga metal nga ion una nga gipaubos sa metal sa cathode, ug unya ang metal gipamubu sa mga carbonate ions, ingon sa gipakita sa Equation (5~6):
M- + E – →M (5)
4 m + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)
Sa pagkakaron, ang usa ka lakang nga mekanismo sa reaksyon sa kasagaran gidawat sa kasamtangan nga literatura.
Yin ug uban pa. nagtuon sa Li-Na-K carbonate system nga adunay nickel isip cathode, tin dioxide isip anode ug silver wire isip reference electrode, ug nakuha ang cyclic voltammetry test figure sa Figure 2 (scanning rate nga 100 mV/s) sa nickel cathode, ug nakit-an nga adunay usa lamang ka pagkunhod sa peak (sa -2.0V) sa negatibo nga pag-scan.
Busa, makahinapos nga usa lamang ka reaksyon ang nahitabo sa panahon sa pagkunhod sa carbonate.
Gao ug uban pa. nakuha ang parehas nga cyclic voltammetry sa parehas nga carbonate system.
Ge ug uban pa. migamit sa inert anode ug tungsten cathode aron makuha ang CO2 sa LiCl-Li2CO3 system ug nakuha ang susamang mga hulagway, ug usa lamang ka pagkunhod sa peak sa carbon deposition ang nagpakita sa negatibo nga pag-scan.
Sa alkaline metal nga tinunaw nga asin nga sistema, ang mga alkali nga metal ug CO mamugna samtang ang carbon gideposito sa cathode. Bisan pa, tungod kay ang thermodynamic nga mga kondisyon sa carbon deposition reaction mas ubos sa mas ubos nga temperatura, ang pagkunhod lamang sa carbonate ngadto sa carbon ang mamatikdan sa eksperimento.
2.3 CO2 pagdakop pinaagi sa tinunaw nga asin sa pag-andam sa graphite produkto
Ang mga high-value-added graphite nanomaterials sama sa graphene ug carbon nanotubes mahimong maandam pinaagi sa electrodeposition sa CO2 gikan sa tinunaw nga asin pinaagi sa pagkontrol sa mga kondisyon sa eksperimento. Hu ug uban pa. gigamit stainless steel ingon nga cathode sa CaCl2-NaCl-CaO tinunaw nga asin sistema ug electrolyzed alang sa 4h ubos sa kahimtang sa 2.6V kanunay nga boltahe sa lain-laing mga temperatura.
Salamat sa catalysis sa puthaw ug sa explosive nga epekto sa CO tali sa graphite layers, ang graphene nakit-an sa ibabaw sa cathode. Ang proseso sa pag-andam sa graphene gipakita sa Fig. 3.
Ang hulagway
Sa ulahi nga mga pagtuon gidugang Li2SO4 sa basehan sa CaCl2-NaClCaO tinunaw nga sistema sa asin, electrolysis temperatura mao ang 625 ℃, human sa 4h sa electrolysis, sa samang higayon sa cathodic deposition sa carbon nakaplagan graphene ug carbon nanotubes, ang pagtuon nakit-an nga Li + ug SO4 2 - sa pagdala sa usa ka positibo nga epekto sa graphitization.
Ang sulfur malampuson usab nga gisagol sa lawas sa carbon, ug ang mga ultra-manipis nga graphite sheet ug filamentous nga carbon makuha pinaagi sa pagkontrol sa mga kondisyon sa electrolytic.
Materyal sama sa electrolytic temperatura sa hatag-as ug ubos nga alang sa pagporma sa graphene mao ang kritikal, sa diha nga ang temperatura nga mas taas pa kay sa 800 ℃ mas sayon sa pagmugna CO imbes sa carbon, halos walay carbon deposition kon mas taas pa kay sa 950 ℃, mao nga ang temperatura kontrol mao ang hilabihan ka importante sa pagprodyus og graphene ug carbon nanotubes, ug pagpasig-uli sa panginahanglan sa carbon deposition reaksyon CO reaksyon synergy aron sa pagsiguro nga ang cathode sa pagmugna stable graphene.
Kini nga mga buhat naghatag usa ka bag-ong pamaagi alang sa pag-andam sa mga produkto sa nano-graphite pinaagi sa CO2, nga hinungdanon kaayo alang sa solusyon sa mga greenhouse gas ug pag-andam sa graphene.
3. Summary ug Outlook
Sa paspas nga pag-uswag sa bag-ong industriya sa enerhiya, ang natural nga graphite wala makatubag sa karon nga panginahanglan, ug ang artipisyal nga graphite adunay mas maayo nga pisikal ug kemikal nga mga kabtangan kaysa natural nga graphite, busa ang barato, episyente ug mahigalaon nga graphitization usa ka dugay nga katuyoan.
Ang mga pamaagi sa electrochemical graphitization sa solid ug gaseous nga hilaw nga materyales nga adunay pamaagi sa cathodic polarization ug electrochemical deposition malampuson nga gikan sa graphite nga mga materyales nga adunay taas nga dugang nga kantidad, kon itandi sa tradisyonal nga paagi sa graphitization, ang electrochemical nga pamaagi mas taas nga kahusayan, ubos nga konsumo sa enerhiya, berde nga pagpanalipod sa kalikopan, alang sa gamay nga limitado sa mga pinili nga materyales sa parehas nga oras, sumala sa lainlaing mga kondisyon sa electrolysis mahimong maandam sa lainlaing morpolohiya sa istruktura sa grapayt,
Naghatag kini usa ka epektibo nga paagi alang sa tanan nga mga klase sa amorphous nga carbon ug mga greenhouse gas nga mabag-o sa mga bililhon nga nano-structured graphite nga mga materyales ug adunay maayong posibilidad nga magamit.
Sa pagkakaron, kini nga teknolohiya anaa sa iyang pagkamasuso. Adunay pipila ka mga pagtuon sa graphitization pinaagi sa electrochemical nga pamaagi, ug adunay daghan pa nga dili mahibal-an nga mga proseso. Busa, gikinahanglan nga magsugod gikan sa hilaw nga materyales ug magpahigayon og usa ka komprehensibo ug sistematikong pagtuon sa nagkalain-laing amorphous nga mga carbon, ug sa samang higayon pagsuhid sa thermodynamics ug dynamics sa graphite conversion sa mas lawom nga lebel.
Kini adunay dako nga kahulogan alang sa umaabot nga pag-uswag sa industriya sa graphite.
Panahon sa pag-post: Mayo-10-2021