17460

15283

كارشناسي ارشد

علوم الياف

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

1400

نه، 69ص.: مصور (رنگي)، جدول، نمودار

1401/01/31

كتابنامه

مهندسي نساجي

مهندسي نساجي

1401/02/04

2824998

واژۀ كربن فعال به دسته‌اي از مواد كربني متخلخل پودري، گرانولي و اليافي شكل اطلاق مي‌شود كه داراي خصوصياتي مانند تخلخل و سطح ويژه بالا مي‌باشند. اين ساختارها با توجه به تقسيم بندي انجام شده توسط IUPAC داراي مناطق ميكرومتخلخل با قطر حفرات كمتر از 2 نانومتر، مناطق مزومتخلخل با قطر حفرات بين 2 تا 50 نانومتر و مناطق ماكرومتخلخل با قطر حفرات بالاتر از 50 نانومتر مي‌باشند. داشتن اين ويژگي‌ها باعث شده‌است كه اين ساختارها در كاربردهاي مختلف اعم از فيلتراسيون، جذب گازها و مايعات توجه محققين و صنعتگران را به خود جلب كنند. الياف كربن فعال تهيه شده از پيش‌ماده‌هاي گوناگون ليفي، نخي و پارچه‌اي شكل(بي بافت و بافته شده) از فرايند جذب-واجذب ديناميكي سريع‌تر برخوردار مي باشند. الياف طبيعي سلولزي مانند پنبه، كتان، ويسكوز، كنف و ديگر الياف مصنوعي نساجي مانند اكريليك مهم‌ترين پيش‌ماده‌هايي هستند كه جهت ساخت الياف و منسوجات كربن فعال مورد استفاده محققين قرار مي‌گيرند. فرايندهاي پايدارسازي، كربنيزاسيون و فعال‌سازي سه مرحلۀ اساسي مي‌باشند كه جهت توليد كربن فعال به كار برده مي‌شوند. فرايند كربنيزاسيون در حضور يك گاز خنثي مانند آرگون انجام مي‌شود اين در صورتي است كه از كربن دي‌اكسيد و بخار آب طي فرايند فعال‌سازي فيزيكي و از مواد شيميايي طي فرايند فعال‌سازي شيميايي به عنوان عامل‌هاي فعال‌ساز استفاده مي‌شود. در اين تحقيق از الياف پنبه به منظور تهيۀ منسوج حلقوي بافت و در نهايت تهيه منسوج كربن فعال با استفاده از روش فعال‌سازي فيزيكي استفاده شد. لازم به ذكر است كه تاكنون تحقيقي روي منسوج پنبه‌اي حلقوي بافت پودي جهت ساخت كربن فعال با استفاده از روش فيزيكي و عامل فعال‌ساز بخار آب انجام نشده‌است. حفظ شدن بافت و انعطاف پذيري منسوجات كربن فعال توليدي از اهداف اين پروژه بود. در نهايت به منظور بررسي ساختار منسوجات كربن فعال مثل سطح ويژه، حجم كل منافذ، ميانگين اندازه حفرات، بررسي سطح الياف و سطح مقطع آنها و بررسي آناليز عنصري از آناليزهاي BET، XRD، SEM، FT-IR، رامان استفاده شد. منسوجات كربن فعال توليد شده داراي سطح ويژه بين 512 تا 1436 مترمربع بر گرم بودند. نتايج به دست آمده حاكي از آن بود كه فرايند فعال‌سازي با استفاده از بخار آب در مقايسه با عامل فعالساز كربن دي‌اكسيد مؤثرتر بوده و كربن فعال‌هاي توليد شده از آنها داراي بيشترين سطح ويژه و ميانگين اندازه حفرات بالاتري مي‌باشند. لازم به ذكر است ميانگين اندازه حفرات به دست آمده از آناليزBET براي نمونه‌هاي كربن فعال بين 904/1 تا 834/2 نانومتر متغير بود. عامل فعال‌ساز بخار آب، مناطق مزومتخلخلي را در مقايسه با ساختار ميكرومتخلخل ايجاد شده توسط عامل فعال‌ساز كربن دي‌اكسيد توليد كرد. استحكام نهايي منسوجات كربن فعال از 111 نيوتن به 3/0 نيوتون كاهش پيدا كرد. منسوجات كربن فعال توليد شده توسط عامل فعال‌ساز كربن دي‌اكسيد در مقايسه با عامل فعال‌ساز بخار آب داراي انسجام ساختاري و انعطاف‌پذيري بالاتر، كاهش قطر، كاهش جمع‌شدگي در راستاي ستون و رج كمتر بودند. منسوجات كربنيزه شده تحت گاز فعال كربن دي‌اكسيد در مقايسه با منسوجات كربنيزه شده تحت گاز خنثي آرگون از سطح ويژۀ بالاتري برخوردار بودند. افزايش اندازه لومن الياف پنبه بعد از فعال‌سازي قابل توجه بود. لازم به ذكر است كه به منظور بررسي قابليت جذب منسوجات كربن فعال در نهايت از رنگ متيلن بلو به عنوان مادۀ جذب شونده استفاده شد و مشخص گرديد كه از اين منسوجات كربن فعال مي‌توان به عنوان جاذب استفاده كرد.

The idiom of Active Carbon is attributed to a group of carbonaceous materials that have high porosity and specific surface area. Commercially, these carbonaceous structures would be produced in the forms of powder, granule, fiber, and fabric. According to the IUPAC classification, porosity is classified into three groups depending on the pore size. Porous carbon products with a pore size diameter less than 2nm, between 2-50nm, and bigger than 50nm are defined as Micropores, Mesopores, and Macropores, respectively. To obtain activated carbon, three steps of oxidation, carbonization, and physical or chemical activation must be carried out. CO2 and H2O gases are the two main active agents used during the physical activation, but Zinc chloride, phosphoric acid, sulfuric acid, and other chemicals are applied in chemical activation. It has been proved that activated carbons obtained from fiber and fabric (ACF) have a porosity better than granule and powder forms. ACFs have significant properties. Because of these remarkable properties, ACFs have a wide range of applications. Generally, activated carbons have high surface area and can be used for filtering impurity in liquids and gases, eliminating heavy metal in waste water, decreasing sulfur concentration in crude oil, absorbing toxic exhausted gases from automobiles and factories, faster healing of wounds, drug delivery, stem cells, energy storage, supercapacitors, etc. Between different forms of textile precursors, fibers such as cotton, flax, jute, ramie, PAN are mainly used to produce ACFs. In this work, weft-knitted cotton fabric precursor was employed to produce ACFs. Physical activation method at 800-1000 °C was applied using H2O and CO2 agents. To investigate the properties of ACFs, FT-IR, Raman, BET, SEM, and XRD analyses were employed. The specific surface area and mean pore diameter of ACFs varied from 512-1436 m2g-1, and 1.904-2.834 nm, respectively. According to the results, the parameters of activation agent, activation time, activation temperature, and kind of gases used during carbonization have critical effects on the final properties of ACFs namely, fiber diameter, weight loss, shrinkage, final texture, etc. It was also found that the effect of H2O agent on the final properties of ACFs was more pronounced than CO2. The increase of lumen diameter after activation was notable. The Final areas of the ACFS (6-44 cm2) were compared with the area of the precursor (60 cm2). Carbonization and activation stages, Activation agents had a remarkable effect on this parameter.

حسين توانايي

مهدي بازرگاني پور

فرزانه علي حسيني، كميل نصوري