সক্রিয় কার্বন থেকে ছিদ্রযুক্ত কার্বন কীভাবে প্রস্তুত করবেন?

সক্রিয় কার্বন এটি নিজেই একটি সাধারণ ছিদ্রযুক্ত কার্বন উপাদান। এটির একটি অত্যন্ত উন্নত ছিদ্র কাঠামো, একটি বৃহৎ নির্দিষ্ট পৃষ্ঠ এলাকা এবং চমৎকার শোষণ কর্মক্ষমতা রয়েছে। এটি শোষণ, অনুঘটক সমর্থন এবং শক্তি সঞ্চয়ের ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।. ছিদ্রযুক্ত কার্বন এটি একটি বিস্তৃত ধারণা যার মধ্যে মাইক্রো-, মেসো- এবং ম্যাক্রোপোর সহ কার্বন পদার্থ অন্তর্ভুক্ত। বিশেষ করে, শ্রেণিবদ্ধ ছিদ্রযুক্ত কার্বন আরও জটিল ছিদ্র স্থাপত্য এবং অনুকূলিত কর্মক্ষমতা প্রদর্শন করে। কঠোরভাবে বলতে গেলে, সক্রিয় কার্বন ইতিমধ্যেই ছিদ্রযুক্ত কার্বনের শ্রেণীভুক্ত। তবে, গবেষণা এবং ব্যবহারিক প্রয়োগ উভয় ক্ষেত্রেই, বাণিজ্যিক সক্রিয় কার্বন বা প্রাথমিকভাবে কার্বনযুক্ত উপকরণগুলি প্রায়শই পূর্বসূরী হিসাবে ব্যবহৃত হয়। ছিদ্রযুক্ত কার্বন প্রস্তুত করতে উন্নত কাঠামো সহ। এই উপকরণগুলিকে আরও উচ্চতর নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল এবং আরও অনুকূলিত ছিদ্র আকার বিতরণ সহ শ্রেণিবদ্ধ ছিদ্রযুক্ত কার্বন তৈরি করতে সেকেন্ডারি অ্যাক্টিভেশন বা পরিবর্তনের মাধ্যমে আরও প্রক্রিয়াজাত করা হয়। এই পদ্ধতিটি মাইক্রো-, মেসো- এবং ম্যাক্রোপোরাস কাঠামোর বিকাশকে সক্ষম করে। ফলস্বরূপ, সুপারক্যাপাসিটর, ইলেক্ট্রোক্যাটালাইসিস এবং শোষণের মতো অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে ভর স্থানান্তর দক্ষতা এবং সামগ্রিক কর্মক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত হয়।.

এই প্রবন্ধে সক্রিয় কার্বনের উপর ভিত্তি করে ছিদ্রযুক্ত কার্বন প্রস্তুত করার প্রধান পদ্ধতি, প্রক্রিয়া, প্রক্রিয়াকরণের ধাপ এবং প্রয়োগের সম্ভাবনা সম্পর্কে আলোচনা করা হয়েছে।.

পোরাস কার্বন এবং অ্যাক্টিভেটেড কার্বনের মধ্যে পার্থক্য

সক্রিয় কার্বন: সাধারণত শারীরিক বা রাসায়নিক সক্রিয়করণ, মাইক্রোপোর দ্বারা প্রভাবিত। নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল সাধারণত 500 থেকে 3000 বর্গমিটার/গ্রাম পর্যন্ত হয়। যদিও অত্যন্ত ছিদ্রযুক্ত, এর ছিদ্র আকার বিতরণ তুলনামূলকভাবে সহজ।.
ছিদ্রযুক্ত কার্বন: বিভিন্ন ছিদ্র কাঠামোযুক্ত কার্বন পদার্থের জন্য একটি সাধারণ শব্দ, বিশেষ করে শ্রেণিবদ্ধ ছিদ্রযুক্ত কার্বন, যার মধ্যে মাইক্রোপোর (<2 nm, উচ্চ পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল প্রদান করে), মেসোপোর (2-50 nm, ভর স্থানান্তর সহজতর করে), এবং ম্যাক্রোপোর (>50 nm, পরিবহন চ্যানেল হিসাবে কাজ করে) থাকে। এই ধরনের উপকরণগুলি প্রায়শই উচ্চ পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল এবং আরও অনুকূলিত ছিদ্র নেটওয়ার্ক প্রদর্শন করে।.

ছিদ্রযুক্ত কার্বন প্রস্তুত করার জন্য অগ্রদূত হিসেবে সক্রিয় কার্বন ব্যবহার মূলত গৌণ সক্রিয়করণ বা পুনঃসক্রিয়করণের একটি প্রক্রিয়া, যার লক্ষ্য ছিদ্র কাঠামোকে আরও খোদাই করা এবং উপযুক্ত করা।.

পূর্বসূরী প্রিট্রিটমেন্ট: অতি সূক্ষ্ম নাকাল

অ্যাক্টিভেটেড কার্বনের সেকেন্ডারি অ্যাক্টিভেশনের আগে, আল্ট্রাফাইন গ্রাইন্ডিং একটি গুরুত্বপূর্ণ প্রিট্রিটমেন্ট ধাপ যা অ্যাক্টিভেশন দক্ষতা এবং ফলস্বরূপ ছিদ্রযুক্ত কার্বনের কর্মক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করতে পারে।.

নীতি:

বাণিজ্যিক সক্রিয় কার্বন সাধারণত দানাদার হয়, যার কণার আকার দশ থেকে শত শত মাইক্রোমিটার পর্যন্ত হতে পারে। যদিও এর অভ্যন্তরীণ ছিদ্র কাঠামোটি ভালভাবে বিকশিত, সক্রিয়কারী এজেন্টগুলির (যেমন KOH) বিস্তার সীমিত। অতি সূক্ষ্ম গ্রাইন্ডিং হ্রাস করে কণা আকার মাইক্রোন বা এমনকি সাবমাইক্রন স্কেলে (<10 μm), বাহ্যিক পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল বৃদ্ধি করে, আরও সক্রিয় স্থানগুলি উন্মুক্ত করে এবং সক্রিয় এজেন্টের সাথে অভিন্ন গর্ভধারণ এবং প্রতিক্রিয়া সহজতর করে। এছাড়াও, যান্ত্রিক বল কার্বন কাঠামোতে ত্রুটিগুলি প্রবর্তন করে, এর প্রতিক্রিয়াশীলতা বৃদ্ধি করে।.

সাধারণ সরঞ্জাম:

বল কল: প্ল্যানেটারি বা কম্পনকারী বল মিল, যা সাধারণত পরীক্ষাগার এবং শিল্প স্কেলে ব্যবহৃত হয়।.
জেট মিল অথবা এয়ার ক্লাসিফায়ার মিলস: মাইক্রোন- এমনকি ন্যানো-আকারের কণা পেতে অতি সূক্ষ্ম গ্রাইন্ডিংয়ের জন্য ব্যবহৃত হয়।.

প্রভাব এবং সুবিধা:

সূক্ষ্ম কণাগুলি আরও অভিন্ন KOH গর্ভধারণের দিকে পরিচালিত করে; সক্রিয়করণের পরে, নির্দিষ্ট পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল 20-50% বৃদ্ধি পেতে পারে, যেখানে মেসোপোরের অনুপাত বেশি থাকে।.
গবেষণায় দেখা গেছে যে বল-মিলিং প্রিট্রিটমেন্ট শ্রেণিবদ্ধ ছিদ্র কাঠামোকে সর্বোত্তম করে তুলতে পারে এবং আয়ন পরিবহন দক্ষতা উন্নত করতে পারে।.

প্রস্তুতি পদ্ধতি

সক্রিয় কার্বন পূর্বসূরী থেকে ছিদ্রযুক্ত কার্বন প্রস্তুত করার প্রধান পদ্ধতিগুলির মধ্যে রয়েছে রাসায়নিক পুনঃসক্রিয়করণ, টেমপ্লেট-সহায়তা পদ্ধতি এবং সম্মিলিত ভৌত-রাসায়নিক সক্রিয়করণ। এর মধ্যে, KOH রাসায়নিক পুনঃসক্রিয়করণ সবচেয়ে বেশি ব্যবহৃত হয়।.

KOH রাসায়নিক পুনঃসক্রিয়করণ (সবচেয়ে সাধারণ)

নীতি:
উচ্চ তাপমাত্রায়, KOH কার্বনের সাথে বিক্রিয়া করে গ্যাস (যেমন CO এবং CO₂) এবং পটাসিয়ামযুক্ত যৌগ তৈরি করে, যা কার্বন কাঠামোকে খোদাই করে এবং নতুন ছিদ্র তৈরি করে। একই সাথে, পটাসিয়াম বাষ্প কার্বন স্তরগুলির মধ্যে আন্তঃসংযোগ করে, ছিদ্র কাঠামোকে আরও প্রসারিত করে।.

সরলীকৃত প্রতিক্রিয়া প্রক্রিয়া:

6KOH + 2C → 2K + 3H₂ + 2K₂CO₃
K₂CO₃ → K₂O + CO₂
পরবর্তী হ্রাস বিক্রিয়াগুলি ধাতব K উৎপন্ন করে, যা ছিদ্রগুলিকে আরও বড় করে।.

প্রক্রিয়া ধাপ (অতি সূক্ষ্ম গ্রাইন্ডিংয়ের সাথে মিলিত):

সূক্ষ্ম গুঁড়ো তৈরির জন্য সক্রিয় কার্বনের অতি সূক্ষ্ম পিষন।.
অতি সূক্ষ্ম সক্রিয় কার্বনকে KOH দ্রবণের সাথে মিশিয়ে (সাধারণ KOH/কার্বন ভর অনুপাত: 1:1 থেকে 4:1) ভালোভাবে নাড়ুন বা মিশ্রিত করুন।.
শুকানো, তারপরে একটি নিষ্ক্রিয় বায়ুমণ্ডলে (N₂ বা Ar) উচ্চ-তাপমাত্রার সক্রিয়করণ 600-900 °C তাপমাত্রায় 1-3 ঘন্টা ধরে।.
ঠান্ডা করা, তারপর অবশিষ্ট পটাসিয়াম যৌগ অপসারণের জন্য পাতলা অ্যাসিড (যেমন, HCl) দিয়ে ধোয়া, তারপর নিরপেক্ষ না হওয়া পর্যন্ত জল দিয়ে ধুয়ে ফেলা।.
শ্রেণীবদ্ধ ছিদ্রযুক্ত কার্বন পেতে শুকানো।.

প্রভাব বিস্তারকারী মূল কারণগুলি:

KOH অনুপাত: উচ্চতর অনুপাত পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল বৃদ্ধি করে, কিন্তু অতিরিক্ত KOH কাঠামোগত পতনের কারণ হতে পারে।.
সক্রিয়করণ তাপমাত্রা: ৮০০ ডিগ্রি সেলসিয়াসের কাছাকাছি তাপমাত্রা প্রায়শই সর্বোত্তম; উচ্চ তাপমাত্রা মেসোপোর গঠনের পক্ষে।.
সক্রিয়করণের সময়: অত্যধিক দীর্ঘ সময় ধরে কার্বন অতিরিক্ত খোদাই করতে পারে এবং ফলন হ্রাস করতে পারে।.
প্রাক-গ্রাইন্ডিং: উল্লেখযোগ্যভাবে সক্রিয়করণের অভিন্নতা উন্নত করে।.

সাধারণ কর্মক্ষমতা:
২০০০ বর্গমিটার/গ্রামের চেয়ে বেশি পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল এবং ১ সেমি³/গ্রামের চেয়ে বেশি ছিদ্রযুক্ত কার্বন পাওয়া যেতে পারে, যা সুপারক্যাপাসিটর ইলেকট্রোড হিসেবে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়।.

অন্যান্য রাসায়নিক সক্রিয়কারী

ZnCl₂ বা H₃PO₄: মেসোপোরের আরও বিকাশের জন্য উপযুক্ত, যদিও ফলন কম।.

কে₂কো₃: একটি মৃদু অ্যাক্টিভেটর, উচ্চতর গ্রাফিটাইজেশন সহ ছিদ্রযুক্ত কার্বন প্রস্তুত করার জন্য উপযুক্ত।.

টেমপ্লেট-সহায়তা পুনঃসক্রিয়করণ

সক্রিয় কার্বনকে শক্ত টেমপ্লেট (যেমন, SiO₂ ন্যানো পার্টিকেল, MgO) অথবা নরম টেমপ্লেট (সারফ্যাক্ট্যান্ট) এর সাথে একত্রিত করা যেতে পারে, তারপরে KOH সক্রিয়করণ করা হয়।.

প্রক্রিয়া: টেমপ্লেট এবং KOH → উচ্চ-তাপমাত্রার কার্বনাইজেশন → টেমপ্লেট অপসারণ (HF বা অ্যাসিড ধোয়া) সহ সক্রিয় কার্বনের গর্ভধারণ।.
সুবিধা: আরও সুশৃঙ্খল ছিদ্র কাঠামো এবং মেসো- এবং ম্যাক্রোপোর অনুপাতের উপর আরও ভাল নিয়ন্ত্রণ।.

শারীরিক পুনঃসক্রিয়করণ

উচ্চ তাপমাত্রায় CO₂ বা বাষ্প ব্যবহার করে সেকেন্ডারি অ্যাক্টিভেশন মাইক্রোপোরগুলি আরও বিকশিত করতে পারে, তবে কার্যকারিতা সাধারণত রাসায়নিক পদ্ধতির তুলনায় কম।.

সাধারণ কেস এবং কর্মক্ষমতা

কয়লা-ভিত্তিক সক্রিয় কার্বন, অতি সূক্ষ্ম গ্রাইন্ডিং এবং KOH পুনঃসক্রিয়করণের পরে, 3000 m²/g পর্যন্ত পৃষ্ঠের ক্ষেত্রফল সহ শ্রেণিবদ্ধ ছিদ্রযুক্ত কার্বন উৎপন্ন করতে পারে, যা অক্সিজেন হ্রাস প্রতিক্রিয়া (ORR) তড়িৎ অনুঘটকের জন্য উপযুক্ত।.
জৈববস্তু থেকে প্রাপ্ত সক্রিয় কার্বন (যেমন, নারকেলের খোসা কার্বন), পুনঃসক্রিয়করণের পরে, সুপারক্যাপাসিটরে 300-400 F/g নির্দিষ্ট ক্যাপাসিট্যান্স সহ শ্রেণিবদ্ধ ছিদ্রযুক্ত কার্বন তৈরি করতে পারে।.
গবেষণায় দেখা গেছে যে পুনঃসক্রিয় পদার্থগুলি প্রায়শই মৌচাকের মতো শ্রেণিবদ্ধ ছিদ্র কাঠামো প্রদর্শন করে, যা আয়ন পরিবহন এবং গ্যাস বিস্তারের জন্য উপকারী।.

আবেদনের সম্ভাবনা

শক্তি সঞ্চয়: সুপারক্যাপাসিটর, লিথিয়াম/সোডিয়াম-আয়ন ব্যাটারি অ্যানোড।.
ইলেক্ট্রোক্যাটালাইসিস: অক্সিজেন বিবর্তন বিক্রিয়া (OER) এবং অক্সিজেন হ্রাস বিক্রিয়া (ORR)।.
শোষণ এবং পৃথকীকরণ: CO₂ ক্যাপচার, ভারী ধাতু অপসারণ, রঞ্জক শোষণ।.
পরিবেশগত স্থায়িত্ব: সম্পদ পুনর্ব্যবহারের জন্য বর্জ্য সক্রিয় কার্বন পুনরায় সক্রিয়করণ।.

উপসংহার

ছিদ্রযুক্ত কার্বন প্রস্তুত করার জন্য অগ্রদূত হিসেবে সক্রিয় কার্বন ব্যবহার করা একটি কার্যকর গৌণ প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতি, বিশেষ করে যখন আল্ট্রাফাইন গ্রাইন্ডিং এবং KOH রাসায়নিক পুনঃসক্রিয়করণের সাথে মিলিত হয়। সক্রিয়করণের অভিন্নতা এবং ছিদ্র কাঠামো বিকাশে আল্ট্রাফাইন গ্রাইন্ডিং একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।.

এপিক পাউডার’বল মিল সহ অতি সূক্ষ্ম গ্রাইন্ডিং সরঞ্জাম এবং এয়ার ক্লাসিফায়ার মিলগুলি সক্রিয় কার্বনকে মাইক্রন বা সাবমাইক্রন আকারে কমাতে পারে, KOH বিস্তার এবং বিক্রিয়ার দক্ষতা বৃদ্ধি করে। এটি উচ্চ নির্দিষ্ট পৃষ্ঠতল ক্ষেত্রফল এবং অনুকূলিত ছিদ্র আকার বিতরণ সহ শ্রেণিবদ্ধ ছিদ্রযুক্ত কার্বনের স্থিতিশীল উৎপাদন সক্ষম করে।.

নির্ভরযোগ্য এবং স্কেলেবল পাউডার প্রক্রিয়াকরণ সমাধানের মাধ্যমে, এপিক পাউডার শক্তি সঞ্চয়, অনুঘটক এবং শোষণ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন পোরস কার্বনের শিল্প প্রস্তুতিতে সহায়তা করে।.

"পড়ার জন্য ধন্যবাদ। আশা করি আমার লেখাটি আপনার কাজে লাগবে। অনুগ্রহ করে নিচে একটি মন্তব্য করুন। আরও যেকোনো প্রশ্নের জন্য আপনি Zelda অনলাইন গ্রাহক প্রতিনিধির সাথেও যোগাযোগ করতে পারেন।"
— পোস্ট করেছেন এমিলি চেন