Ang graphite gibahin sa artipisyal nga graphite ug natural nga graphite, ang napamatud-an nga reserba sa natural nga graphite sa kalibutan mga 2 bilyon nga tonelada.
Ang artipisyal nga graphite makuha pinaagi sa pagkadunot ug pagtambal sa kainit sa mga materyales nga adunay carbon ubos sa normal nga presyur. Kini nga pagbag-o nanginahanglan og igo nga taas nga temperatura ug enerhiya isip puwersa sa pagmaneho, ug ang wala’y han-ay nga istruktura mabag-o ngadto sa usa ka han-ay nga istruktura sa kristal nga graphite.
Sa pinakalapad nga kahulugan, ang graphitization mao ang pag-usab sa mga atomo sa carbon pinaagi sa taas nga temperatura nga pagtambal sa kainit nga labaw sa 2000 ℃, apan ang ubang mga materyales sa carbon sa taas nga temperatura nga labaw sa 3000 ℃ graphitization, kini nga klase sa mga materyales sa carbon nailhan nga "hard charcoal", alang sa dali nga pag-graphitize sa mga materyales sa carbon, ang tradisyonal nga pamaagi sa graphitization naglakip sa taas nga temperatura ug taas nga presyur nga pamaagi, catalytic graphitization, pamaagi sa pagdeposito sa chemical vapor, ug uban pa.
Ang graphitization usa ka epektibo nga paagi sa paggamit sa mga materyales nga adunay taas nga dugang nga bili. Human sa halapad ug lawom nga panukiduki sa mga eskolar, kini hapit na mahamtong. Bisan pa, adunay pipila ka dili maayo nga mga hinungdan nga naglimite sa paggamit sa tradisyonal nga graphitization sa industriya, busa usa ka dili kalikayan nga uso ang pagsuhid sa bag-ong mga pamaagi sa graphitization.
Ang pamaagi sa electrolysis sa tinunaw nga asin sukad sa ika-19 nga siglo sobra sa usa ka siglo nga pag-uswag, ang sukaranan nga teorya ug bag-ong mga pamaagi kanunay nga gibag-o ug gipalambo, karon dili na limitado sa tradisyonal nga industriya sa metalurhiya, sa sinugdanan sa ika-21 nga siglo, ang metal sa sistema sa tinunaw nga asin nga solid oxide electrolytic reduction preparation sa elemental nga mga metal nahimong pokus sa mas aktibo,
Bag-ohay lang, usa ka bag-ong pamaagi sa pag-andam sa mga materyales nga graphite pinaagi sa electrolysis sa tinunaw nga asin ang nakadani og daghang atensyon.
Pinaagi sa cathodic polarization ug electrodeposition, ang duha ka lain-laing porma sa carbon raw materials giusab ngadto sa nano-graphite materials nga adunay taas nga dugang nga bili. Kon itandi sa tradisyonal nga teknolohiya sa graphitization, ang bag-ong pamaagi sa graphitization adunay mga bentaha sa mas ubos nga temperatura sa graphitization ug kontrolado nga morphology.
Kini nga papel nagrepaso sa pag-uswag sa graphitization pinaagi sa electrochemical nga pamaagi, nagpaila niining bag-ong teknolohiya, nag-analisar sa mga bentaha ug disbentaha niini, ug nagpaabot sa umaabot nga uso sa pag-uswag niini.
Una, pamaagi sa polarisasyon sa electrolytic cathode nga tinunaw nga asin
1.1 ang hilaw nga materyales
Sa pagkakaron, ang pangunang hilaw nga materyal sa artipisyal nga graphite mao ang needle coke ug pitch coke nga adunay taas nga degree sa graphitization, nga mao ang paggamit sa oil residue ug coal tar isip hilaw nga materyal aron makahimo og taas nga kalidad nga carbon materials, nga adunay ubos nga porosity, ubos nga sulfur, ubos nga abo nga sulod ug mga bentaha sa graphitization, human sa pag-andam niini ngadto sa graphite adunay maayo nga resistensya sa impact, taas nga mechanical strength, ubos nga resistivity.
Apan, ang limitado nga reserba sa lana ug nag-usab-usab nga presyo sa lana nakapugong sa pag-uswag niini, busa ang pagpangita og bag-ong hilaw nga materyales nahimong usa ka dinalian nga problema nga kinahanglan sulbaron.
Ang tradisyonal nga mga pamaagi sa graphitization adunay mga limitasyon, ug ang lainlaing mga pamaagi sa graphitization naggamit ug lainlaing mga hilaw nga materyales. Alang sa dili-graphitized nga carbon, ang tradisyonal nga mga pamaagi halos dili maka-graphitize niini, samtang ang electrochemical formula sa molten salt electrolysis nakalusot sa limitasyon sa hilaw nga materyales, ug angay alang sa halos tanan nga tradisyonal nga mga materyales sa carbon.
Ang tradisyonal nga mga materyales nga hinimo gikan sa carbon naglakip sa carbon black, activated carbon, coal, ug uban pa, diin ang coal mao ang labing maayo. Ang coal-based ink naggamit sa coal isip precursor ug giandam ngadto sa mga produkto nga graphite sa taas nga temperatura human sa pre-treatment.
Bag-ohay lang, kini nga papel nagsugyot og bag-ong mga pamaagi sa electrochemical, sama sa Peng, pinaagi sa electrolysis sa tinunaw nga asin dili tingali nga ma-graphitize ang carbon black ngadto sa taas nga crystallinity sa graphite, ang electrolysis sa mga sample sa graphite nga adunay porma sa petal graphite nanometer chips, adunay taas nga espesipikong surface area, kung gamiton alang sa lithium battery cathode nagpakita og maayo kaayong electrochemical performance labaw pa sa natural graphite.
Gibutang nila ni Zhu et al. ang deashing treated nga ubos nga kalidad nga karbon ngadto sa CaCl2 molten salt system para sa electrolysis sa 950 ℃, ug malampusong gibag-o ang ubos nga kalidad nga karbon ngadto sa graphite nga adunay taas nga crystallinity, nga nagpakita og maayong rate performance ug taas nga cycle life kung gamiton isip anode sa lithium ion battery.
Ang eksperimento nagpakita nga posible ang pag-convert sa lain-laing mga klase sa tradisyonal nga mga materyales sa carbon ngadto sa graphite pinaagi sa electrolysis sa tinunaw nga asin, nga nagbukas ug bag-ong paagi alang sa umaabot nga sintetikong graphite.
1.2 ang mekanismo sa
Ang pamaagi sa electrolysis sa tinunaw nga asin naggamit ug carbon material isip cathode ug nag-convert niini ngadto sa graphite nga adunay taas nga crystallinity pinaagi sa cathodic polarization. Sa pagkakaron, ang kasamtangang literatura naghisgot sa pagtangtang sa oxygen ug lagyong pag-usab sa mga atomo sa carbon sa potensyal nga proseso sa pagkakabig sa cathodic polarization.
Ang presensya sa oksiheno sa mga materyales nga carbon makababag sa graphitization sa pila ka sukod. Sa tradisyonal nga proseso sa graphitization, ang oksiheno hinayhinay nga matangtang kung ang temperatura mas taas kaysa 1600K. Bisan pa, kini sayon kaayo nga i-deoxidize pinaagi sa cathodic polarization.
Si Peng, ug uban pa, sa mga eksperimento sa unang higayon nga gipresentar ang mekanismo sa potensyal nga polarization sa tinunaw nga asin nga electrolysis cathodic, nga mao ang graphitization. Ang labing importante nga lugar nga magsugod mao ang pagkahimutang sa solid carbon microspheres/electrolyte interface, una nga maporma ang carbon microsphere sa palibot sa usa ka sukaranan nga parehas nga diametro nga graphite shell, ug dayon ang lig-on nga anhydrous carbon carbon atoms mikaylap ngadto sa mas lig-on nga gawas nga graphite flake, hangtod nga hingpit nga ma-graphitize.
Ang proseso sa graphitization giubanan sa pagtangtang sa oksiheno, nga gikumpirma usab sa mga eksperimento.
Gipamatud-an usab nila ni Jin et al. kini nga punto de bista pinaagi sa mga eksperimento. Human sa carbonization sa glucose, gihimo ang graphitization (17% nga oxygen content). Human sa graphitization, ang orihinal nga solid carbon spheres (Fig. 1a ug 1c) nagporma og porous shell nga gilangkoban sa graphite nanosheets (Fig. 1b ug 1d).
Pinaagi sa electrolysis sa mga carbon fiber (16% oxygen), ang mga carbon fiber mahimong mabag-o ngadto sa mga graphite tube human sa graphitization sumala sa mekanismo sa pagkakabig nga gihisgutan sa literatura.
Gituohan nga ang paglihok sa layo nga distansya anaa sa ilawom sa cathodic polarization sa mga atomo sa carbon, ang taas nga kristal nga graphite kinahanglan nga iproseso aron mausab ang amorphous carbon, ang sintetikong graphite nga talagsaon nga porma sa mga petals nakabenepisyo gikan sa mga atomo sa oxygen, apan ang piho nga paagi sa pag-impluwensya sa istruktura sa graphite nanometer dili klaro, sama sa kung giunsa ang reaksyon sa cathode gikan sa carbon skeleton, ug uban pa.
Sa pagkakaron, ang panukiduki sa mekanismo anaa pa sa sinugdanan nga yugto, ug gikinahanglan ang dugang nga panukiduki.
1.3 Morpolohikal nga kinaiya sa sintetikong grapayt
Ang SEM gigamit sa pag-obserbar sa microscopic surface morphology sa graphite, ang TEM gigamit sa pag-obserbar sa structural morphology nga ubos sa 0.2 μm, ang XRD ug Raman spectroscopy mao ang labing kasagarang gigamit nga paagi sa pag-ila sa microstructure sa graphite, ang XRD gigamit sa pag-ila sa crystal information sa graphite, ug ang Raman spectroscopy gigamit sa pag-ila sa mga depekto ug order degree sa graphite.
Daghang mga buho sa graphite nga giandam pinaagi sa cathode polarization sa molten salt electrolysis. Alang sa lain-laing hilaw nga materyales, sama sa carbon black electrolysis, makuha ang mga petal-like porous nanostructures. Ang XRD ug Raman spectrum analysis gihimo sa carbon black human sa electrolysis.
Sa 827 ℃, human kini gitratar gamit ang 2.6V nga boltahe sulod sa 1 ka oras, ang Raman spectral image sa carbon black halos parehas sa commercial graphite. Human kini trataron gamit ang lain-laing temperatura, gisukod ang sharp graphite characteristic peak (002). Ang diffraction peak (002) nagrepresentar sa degree sa orientation sa aromatic carbon layer sa graphite.
Kon mas hait ang carbon layer, mas orientado kini.
Gigamit ni Zhu ang purified inferior coal isip cathode sa eksperimento, ug ang microstructure sa graphitized nga produkto giusab gikan sa granular ngadto sa dako nga graphite structure, ug ang tight graphite layer naobserbahan usab ubos sa high rate transmission electron microscope.
Sa Raman spectra, uban sa pagbag-o sa mga kondisyon sa eksperimento, ang kantidad sa ID/Ig nausab usab. Sa dihang ang temperatura sa electrolytic kay 950 ℃, ang oras sa electrolytic kay 6 ka oras, ug ang boltahe sa electrolytic kay 2.6V, ang labing ubos nga kantidad sa ID/Ig kay 0.3, ug ang D peak mas ubos kay sa G peak. Sa samang higayon, ang pagpakita sa 2D peak nagrepresentar usab sa pagporma sa usa ka highly ordered graphite structure.
Ang hait nga (002) diffraction peak sa XRD image nagpamatuod usab sa malampusong pagkakabig sa ubos nga kalidad nga karbon ngadto sa graphite nga adunay taas nga crystallinity.
Sa proseso sa graphitization, ang pagtaas sa temperatura ug boltahe adunay papel sa pag-promote, apan ang taas kaayo nga boltahe makapakunhod sa ani sa graphite, ug ang taas kaayo nga temperatura o taas kaayo nga oras sa graphitization mosangpot sa pag-usik sa mga kahinguhaan, busa alang sa lainlaing mga materyales sa carbon, labi ka importante ang pagsusi sa labing angay nga mga kondisyon sa electrolytic, nga mao usab ang pokus ug kalisud.
Kining nanostructure nga sama sa petal sa tipik adunay maayo kaayong electrochemical properties. Ang daghang mga pores nagtugot sa mga ions nga dali nga masulod/ma-deembedded, nga naghatag og taas nga kalidad nga mga materyales sa cathode para sa mga baterya, ug uban pa. Busa, ang electrochemical method nga graphitization usa ka potensyal nga pamaagi sa graphitization.
Pamaagi sa electrodeposition sa tinunaw nga asin
2.1 Elektrodeposisyon sa carbon dioxide
Isip labing importante nga greenhouse gas, ang CO2 usa usab ka dili makahilo, dili makadaot, barato ug dali nga magamit nga mabag-o nga kahinguhaan. Bisan pa, ang carbon sa CO2 naa sa labing taas nga estado sa oksihenasyon, busa ang CO2 adunay taas nga thermodynamic stability, nga nagpalisud sa paggamit niini pag-usab.
Ang pinakaunang panukiduki sa CO2 electrodeposition masubay balik sa dekada 1960. Malampusong giandam ni Ingram et al. ang carbon sa gold electrode sa tinunaw nga sistema sa asin sa Li2CO3-Na2CO3-K2CO3.
Gipunting ni Van et al. nga ang mga carbon powder nga nakuha sa lainlaing mga reduction potential adunay lainlaing mga istruktura, lakip ang graphite, amorphous carbon ug carbon nanofibers.
Pinaagi sa malampusong paggamit sa tinunaw nga asin aron makuha ang CO2 ug ang pamaagi sa pag-andam sa materyal nga carbon, human sa taas nga panahon sa panukiduki, ang mga iskolar naka-focus sa mekanismo sa pagporma sa carbon deposition ug ang epekto sa mga kondisyon sa electrolysis sa katapusang produkto, nga naglakip sa temperatura sa electrolytic, boltahe sa electrolytic ug ang komposisyon sa tinunaw nga asin ug mga electrode, ug uban pa, ang pag-andam sa taas nga performance sa mga materyales sa graphite alang sa electrodeposition sa CO2 nagbutang ug lig-on nga pundasyon.
Pinaagi sa pag-ilis sa electrolyte ug paggamit sa CaCl2-based molten salt system nga adunay mas taas nga CO2 capture efficiency, si Hu et al. malampusong nakaandam sa graphene nga adunay mas taas nga graphitization degree ug carbon nanotubes ug uban pang nanographite structures pinaagi sa pagtuon sa electrolytic conditions sama sa electrolysis temperature, electrode composition ug molten salt composition.
Kon itandi sa carbonate system, ang CaCl2 adunay mga bentaha sa barato ug dali nga makuha, taas nga conductivity, dali nga matunaw sa tubig, ug mas taas nga solubility sa mga oxygen ion, nga naghatag og mga teoretikal nga kondisyon alang sa pagkakabig sa CO2 ngadto sa mga produkto sa graphite nga adunay taas nga dugang nga bili.
2.2 Mekanismo sa Pagbag-o
Ang pag-andam sa mga materyales nga carbon nga adunay taas nga bili pinaagi sa electrodeposition sa CO2 gikan sa tinunaw nga asin kasagaran naglakip sa pagkuha sa CO2 ug dili direkta nga pagkunhod. Ang pagkuha sa CO2 nahuman pinaagi sa libre nga O2- sa tinunaw nga asin, sama sa gipakita sa Equation (1):
CO2+O2-→CO3 2- (1)
Sa pagkakaron, tulo ka mekanismo sa dili direktang reaksyon sa pagkunhod ang gisugyot: usa ka lakang nga reaksyon, duha ka lakang nga reaksyon ug mekanismo sa reaksyon sa pagkunhod sa metal.
Ang mekanismo sa one-step reaction unang gisugyot ni Ingram, sama sa gipakita sa Equation (2):
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
Ang mekanismo sa duha ka lakang nga reaksyon gisugyot ni Borucka et al., sama sa gipakita sa Equation (3-4):
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
Ang mekanismo sa reaksiyon sa pagkunhod sa metal gisugyot ni Deanhardt et al. Nagtuo sila nga ang mga ion sa metal unang gipakunhod ngadto sa metal sa cathode, ug dayon ang metal gipakunhod ngadto sa carbonate ions, sama sa gipakita sa Equation (5~6):
M- + E – →M (5)
4 m + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)
Sa pagkakaron, ang one-step reaction mechanism kasagarang gidawat sa kasamtangang literatura.
Gitun-an ni Yin et al. ang 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 nakita nga adunay usa ra ka reduction peak (sa -2.0V) sa negative scanning.
Busa, mahimong ikahinapos nga usa ra ka reaksyon ang nahitabo atol sa pagkunhod sa carbonate.
Si Gao et al. nakakuha sa samang cyclic voltammetry sa samang carbonate system.
Si Ge et al. migamit og inert anode ug tungsten cathode aron makuha ang CO2 sa LiCl-Li2CO3 system ug nakakuha og parehas nga mga imahe, ug usa ra ka reduction peak sa carbon deposition ang nakita sa negative scanning.
Sa alkaline metal molten salt system, ang alkali metals ug CO mamugna samtang ang carbon ideposito sa cathode. Apan, tungod kay ang thermodynamic nga mga kondisyon sa carbon deposition reaction mas ubos sa mas ubos nga temperatura, ang pagkunhod sa carbonate ngadto sa carbon lamang ang mamatikdan sa eksperimento.
2.3 Pagdakop sa CO2 pinaagi sa tinunaw nga asin aron maandam ang mga produkto sa grapayt
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. Gigamit ni Hu et al. ang stainless steel isip cathode sa CaCl2-NaCl-CaO molten salt system ug gi-electrolyze sulod sa 4 ka oras ubos sa kondisyon nga 2.6V constant voltage sa lain-laing temperatura.
Tungod sa katalisis sa puthaw ug sa epekto sa pagbuto sa CO taliwala sa mga lut-od sa graphite, nakit-an ang graphene sa ibabaw sa cathode. Ang proseso sa pag-andam sa graphene gipakita sa Fig. 3.
Ang hulagway
Sa ulahi nga mga pagtuon, gidugang ang Li2SO4 base sa CaCl2-NaClCaO tinunaw nga sistema sa asin, ang temperatura sa electrolysis kay 625 ℃, human sa 4 ka oras nga electrolysis, sa samang higayon nakit-an ang graphene ug carbon nanotubes sa cathodic deposition sa carbon, ug nakita sa pagtuon nga ang Li+ ug SO4 2- adunay positibo nga epekto sa graphitization.
Malampuson usab nga nahiusa ang asupre sa lawas sa karbon, ug ang nipis kaayo nga mga graphite sheet ug filamentous carbon makuha pinaagi sa pagkontrol sa mga kondisyon sa electrolytic.
Ang materyal sama sa taas ug ubos nga temperatura sa electrolytic alang sa pagporma sa graphene kritikal kaayo, kung ang temperatura nga labaw sa 800 ℃ mas sayon nga makamugna og CO imbes nga carbon, halos walay carbon deposition kung mas taas sa 950 ℃, busa ang pagkontrol sa temperatura importante kaayo aron makahimo og graphene ug carbon nanotubes, ug aron mapasig-uli ang synergy sa carbon deposition reaction CO aron masiguro nga ang cathode makamugna og stable graphene.
Kini nga mga buhat naghatag ug bag-ong pamaagi alang sa pag-andam sa mga produkto sa nano-graphite pinaagi sa CO2, nga adunay dakong importansya alang sa solusyon sa mga greenhouse gas ug pag-andam sa graphene.
3. Sumaryo ug Panglantaw
Uban sa paspas nga pag-uswag sa bag-ong industriya sa enerhiya, ang natural nga graphite wala makatubag sa kasamtangang 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 sa kalikopan nga graphitization usa ka dugay nga tumong.
Ang mga pamaagi sa elektrokemikal nga graphitization sa solid ug gaseous nga hilaw nga materyales gamit ang pamaagi sa cathodic polarization ug electrochemical deposition malampuson nga nakuha gikan sa mga materyales sa graphite nga adunay taas nga dugang nga bili, kon itandi sa tradisyonal nga paagi sa graphitization, ang pamaagi sa elektrokemikal adunay mas taas nga kahusayan, mas ubos nga konsumo sa enerhiya, berde nga proteksyon sa kalikopan, alang sa gagmay nga limitado sa mga pinili nga materyales sa parehas nga oras, sumala sa lainlaing mga kondisyon sa electrolysis mahimo nga maandam sa lainlaing morpolohiya sa istruktura sa graphite.
Kini naghatag ug epektibong paagi para sa tanang matang sa amorphous carbon ug greenhouse gases nga makabig ngadto sa bililhong nano-structured graphite nga mga materyales ug adunay maayong posibilidad sa paggamit.
Sa pagkakaron, kini nga teknolohiya anaa pa sa iyang pagsugod. Gamay ra ang mga pagtuon sa graphitization pinaagi sa electrochemical method, ug daghan pa ang wala pa mahibal-i nga mga proseso. Busa, gikinahanglan nga magsugod gikan sa hilaw nga materyales ug magpahigayon og komprehensibo ug sistematikong pagtuon sa lain-laing amorphous carbons, ug sa samang higayon susihon ang thermodynamics ug dynamics sa graphite conversion sa mas lawom nga lebel.
Kini adunay dakong kahulugan alang sa umaabot nga pag-uswag sa industriya sa grapayt.
Oras sa pag-post: Mayo-10-2021