ગ્રેફાઇટને કૃત્રિમ ગ્રેફાઇટ અને કુદરતી ગ્રેફાઇટમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે, વિશ્વભરમાં કુદરતી ગ્રેફાઇટનો સાબિત ભંડાર લગભગ 2 અબજ ટનમાં છે.
કૃત્રિમ ગ્રેફાઇટ સામાન્ય દબાણ હેઠળ કાર્બન ધરાવતા પદાર્થોના વિઘટન અને ગરમીની સારવાર દ્વારા મેળવવામાં આવે છે. આ પરિવર્તન માટે ચાલક બળ તરીકે પૂરતા પ્રમાણમાં ઊંચા તાપમાન અને ઊર્જાની જરૂર પડે છે, અને અવ્યવસ્થિત માળખું ક્રમબદ્ધ ગ્રેફાઇટ સ્ફટિક માળખામાં રૂપાંતરિત થશે.
ગ્રાફિટાઇઝેશન એ 2000 ℃ થી ઉપરના ઉચ્ચ તાપમાન ગરમી સારવાર કાર્બન અણુ પુનઃગઠન દ્વારા કાર્બનિયસ સામગ્રીના વ્યાપક અર્થમાં છે, જો કે 3000 ℃ થી ઉપરના ઉચ્ચ તાપમાનમાં કેટલાક કાર્બન પદાર્થો ગ્રાફિટાઇઝેશન, આ પ્રકારના કાર્બન પદાર્થોને "સખત ચારકોલ" તરીકે ઓળખવામાં આવતા હતા, સરળ ગ્રાફિટાઇઝ્ડ કાર્બન પદાર્થો માટે, પરંપરાગત ગ્રાફિટાઇઝેશન પદ્ધતિમાં ઉચ્ચ તાપમાન અને ઉચ્ચ દબાણ પદ્ધતિ, ઉત્પ્રેરક ગ્રાફિટાઇઝેશન, રાસાયણિક વરાળ નિક્ષેપ પદ્ધતિ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.
ગ્રાફિટાઇઝેશન એ કાર્બોનેસિયસ સામગ્રીના ઉચ્ચ મૂલ્યના ઉપયોગનું એક અસરકારક માધ્યમ છે. વિદ્વાનો દ્વારા વ્યાપક અને ઊંડાણપૂર્વકના સંશોધન પછી, તે હવે મૂળભૂત રીતે પરિપક્વ છે. જો કે, કેટલાક પ્રતિકૂળ પરિબળો ઉદ્યોગમાં પરંપરાગત ગ્રાફિટાઇઝેશનના ઉપયોગને મર્યાદિત કરે છે, તેથી નવી ગ્રાફિટાઇઝેશન પદ્ધતિઓનું અન્વેષણ કરવું અનિવાર્ય વલણ છે.
19મી સદીથી પીગળેલા મીઠાના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પદ્ધતિ એક સદીથી વધુ વિકાસ પામી છે, તેના મૂળભૂત સિદ્ધાંત અને નવી પદ્ધતિઓ સતત નવીનતા અને વિકાસમાં છે, હવે તે પરંપરાગત ધાતુશાસ્ત્ર ઉદ્યોગ સુધી મર્યાદિત નથી, 21મી સદીની શરૂઆતમાં, પીગળેલા મીઠાની પ્રણાલીમાં ધાતુ ઘન ઓક્સાઇડ ઇલેક્ટ્રોલિટીક ઘટાડો તૈયારી મૂળભૂત ધાતુઓ વધુ સક્રિય રીતે ધ્યાન કેન્દ્રિત કરી રહી છે,
તાજેતરમાં, પીગળેલા મીઠાના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દ્વારા ગ્રેફાઇટ સામગ્રી તૈયાર કરવાની એક નવી પદ્ધતિએ ખૂબ ધ્યાન ખેંચ્યું છે.
કેથોડિક ધ્રુવીકરણ અને ઇલેક્ટ્રોડપોઝિશન દ્વારા, કાર્બન કાચા માલના બે અલગ અલગ સ્વરૂપો ઉચ્ચ મૂલ્યવાળા નેનો-ગ્રેફાઇટ સામગ્રીમાં રૂપાંતરિત થાય છે. પરંપરાગત ગ્રાફિટાઇઝેશન ટેકનોલોજીની તુલનામાં, નવી ગ્રાફિટાઇઝેશન પદ્ધતિમાં નીચા ગ્રાફિટાઇઝેશન તાપમાન અને નિયંત્રણક્ષમ મોર્ફોલોજીના ફાયદા છે.
આ પેપર ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પદ્ધતિ દ્વારા ગ્રાફિટાઇઝેશનની પ્રગતિની સમીક્ષા કરે છે, આ નવી ટેકનોલોજીનો પરિચય આપે છે, તેના ફાયદા અને ગેરફાયદાનું વિશ્લેષણ કરે છે અને તેના ભાવિ વિકાસ વલણની સંભાવનાઓ દર્શાવે છે.
પ્રથમ, પીગળેલા મીઠાના ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેથોડ ધ્રુવીકરણ પદ્ધતિ
૧.૧ કાચો માલ
હાલમાં, કૃત્રિમ ગ્રેફાઇટનો મુખ્ય કાચો માલ ઉચ્ચ ગ્રાફિટાઇઝેશન ડિગ્રીનો સોય કોક અને પીચ કોક છે, એટલે કે તેલના અવશેષો અને કોલસાના ટાર દ્વારા કાચા માલ તરીકે ઉચ્ચ ગુણવત્તાવાળા કાર્બન પદાર્થોનું ઉત્પાદન કરવા માટે, જેમાં ઓછી છિદ્રાળુતા, ઓછી સલ્ફર, ઓછી રાખનું પ્રમાણ અને ગ્રાફિટાઇઝેશનના ફાયદા હોય છે. ગ્રેફાઇટમાં તેની તૈયારી પછી અસર સામે સારી પ્રતિકાર, ઉચ્ચ યાંત્રિક શક્તિ, ઓછી પ્રતિકારકતા હોય છે.
જોકે, મર્યાદિત તેલ ભંડાર અને તેલના ભાવમાં વધઘટને કારણે તેના વિકાસ પર પ્રતિબંધ છે, તેથી નવા કાચા માલની શોધ એ તાત્કાલિક ઉકેલની સમસ્યા બની ગઈ છે.
પરંપરાગત ગ્રાફિટાઇઝેશન પદ્ધતિઓમાં મર્યાદાઓ હોય છે, અને વિવિધ ગ્રાફિટાઇઝેશન પદ્ધતિઓ વિવિધ કાચા માલનો ઉપયોગ કરે છે. નોન-ગ્રાફિટાઇઝ્ડ કાર્બન માટે, પરંપરાગત પદ્ધતિઓ ભાગ્યે જ તેને ગ્રાફિટાઇઝ કરી શકે છે, જ્યારે પીગળેલા મીઠાના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનું ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સૂત્ર કાચા માલની મર્યાદાને તોડે છે, અને લગભગ તમામ પરંપરાગત કાર્બન સામગ્રી માટે યોગ્ય છે.
પરંપરાગત કાર્બન સામગ્રીમાં કાર્બન બ્લેક, સક્રિય કાર્બન, કોલસો વગેરેનો સમાવેશ થાય છે, જેમાંથી કોલસો સૌથી આશાસ્પદ છે. કોલસા આધારિત શાહી કોલસાને પુરોગામી તરીકે લે છે અને પૂર્વ-સારવાર પછી ઉચ્ચ તાપમાને ગ્રેફાઇટ ઉત્પાદનોમાં તૈયાર કરવામાં આવે છે.
તાજેતરમાં, આ પેપર પેંગ જેવી નવી ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પદ્ધતિઓનો પ્રસ્તાવ મૂકે છે, જેમાં પીગળેલા મીઠાના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દ્વારા કાર્બન બ્લેકને ગ્રેફાઇટની ઉચ્ચ સ્ફટિકીયતામાં ગ્રાફિટાઇઝ કરવાની શક્યતા ઓછી છે. પાંખડી આકારના ગ્રેફાઇટ નેનોમીટર ચિપ્સ ધરાવતા ગ્રેફાઇટ નમૂનાઓનું વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ, ઉચ્ચ ચોક્કસ સપાટી ક્ષેત્ર ધરાવે છે, જ્યારે લિથિયમ બેટરી કેથોડનો ઉપયોગ કુદરતી ગ્રેફાઇટ કરતાં ઉત્તમ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રદર્શન દર્શાવે છે.
ઝુ વગેરેએ ડીશિંગ ટ્રીટેડ ઓછી ગુણવત્તાવાળા કોલસાને 950 ℃ પર વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ માટે CaCl2 પીગળેલા મીઠાની સિસ્ટમમાં મૂક્યો, અને ઓછી ગુણવત્તાવાળા કોલસાને ઉચ્ચ સ્ફટિકીયતા સાથે ગ્રેફાઇટમાં સફળતાપૂર્વક રૂપાંતરિત કર્યો, જેણે લિથિયમ આયન બેટરીના એનોડ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતી વખતે સારી દર કામગીરી અને લાંબી ચક્ર જીવન દર્શાવ્યું.
આ પ્રયોગ દર્શાવે છે કે પીગળેલા મીઠાના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દ્વારા વિવિધ પ્રકારના પરંપરાગત કાર્બન પદાર્થોને ગ્રેફાઇટમાં રૂપાંતરિત કરવું શક્ય છે, જે ભવિષ્યના કૃત્રિમ ગ્રેફાઇટ માટે એક નવો માર્ગ ખોલે છે.
૧.૨ ની પદ્ધતિ
પીગળેલા મીઠાના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પદ્ધતિમાં કાર્બન સામગ્રીનો કેથોડ તરીકે ઉપયોગ થાય છે અને કેથોડિક ધ્રુવીકરણ દ્વારા તેને ઉચ્ચ સ્ફટિકીયતાવાળા ગ્રેફાઇટમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે. હાલમાં, હાલના સાહિત્યમાં કેથોડિક ધ્રુવીકરણની સંભવિત રૂપાંતર પ્રક્રિયામાં ઓક્સિજન દૂર કરવા અને કાર્બન અણુઓના લાંબા-અંતરના પુનઃ ગોઠવણીનો ઉલ્લેખ છે.
કાર્બન પદાર્થોમાં ઓક્સિજનની હાજરી અમુક અંશે ગ્રાફિટાઇઝેશનમાં અવરોધ ઊભો કરશે. પરંપરાગત ગ્રાફિટાઇઝેશન પ્રક્રિયામાં, જ્યારે તાપમાન 1600K કરતા વધારે હોય ત્યારે ઓક્સિજન ધીમે ધીમે દૂર કરવામાં આવશે. જો કે, કેથોડિક ધ્રુવીકરણ દ્વારા ડિઓક્સિડાઇઝ કરવું અત્યંત અનુકૂળ છે.
પેંગ વગેરેએ પ્રથમ વખત પ્રયોગોમાં પીગળેલા મીઠાના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ કેથોડિક ધ્રુવીકરણ સંભવિત પદ્ધતિ, એટલે કે ગ્રાફિટાઇઝેશન, શરૂ કરવા માટેનું સ્થળ ઘન કાર્બન માઇક્રોસ્ફિયર્સ/ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઇન્ટરફેસમાં સ્થિત હોવું જોઈએ, પ્રથમ કાર્બન માઇક્રોસ્ફિયર મૂળભૂત સમાન વ્યાસના ગ્રેફાઇટ શેલની આસપાસ રચાય છે, અને પછી ક્યારેય સ્થિર થતા નથી. નિર્જળ કાર્બન કાર્બન અણુઓ વધુ સ્થિર બાહ્ય ગ્રેફાઇટ ફ્લેકમાં ફેલાય છે, જ્યાં સુધી સંપૂર્ણપણે ગ્રાફિટાઇઝ ન થાય,
ગ્રાફિટાઇઝેશન પ્રક્રિયા ઓક્સિજન દૂર કરવા સાથે છે, જે પ્રયોગો દ્વારા પણ પુષ્ટિ મળે છે.
જિન વગેરેએ પણ પ્રયોગો દ્વારા આ દૃષ્ટિકોણ સાબિત કર્યો. ગ્લુકોઝના કાર્બનાઇઝેશન પછી, ગ્રાફિટાઇઝેશન (17% ઓક્સિજન સામગ્રી) હાથ ધરવામાં આવ્યું. ગ્રાફિટાઇઝેશન પછી, મૂળ ઘન કાર્બન ગોળાઓ (આકૃતિ 1a અને 1c) એ ગ્રેફાઇટ નેનોશીટ્સ (આકૃતિ 1b અને 1d) થી બનેલા છિદ્રાળુ શેલની રચના કરી.
કાર્બન તંતુઓ (૧૬% ઓક્સિજન) ના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દ્વારા, સાહિત્યમાં અનુમાનિત રૂપાંતર પદ્ધતિ અનુસાર ગ્રાફિટાઇઝેશન પછી કાર્બન તંતુઓને ગ્રેફાઇટ ટ્યુબમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે.
એવું માનવામાં આવે છે કે લાંબા અંતરની ગતિ કાર્બન પરમાણુઓના કેથોડિક ધ્રુવીકરણ હેઠળ થાય છે, ઉચ્ચ સ્ફટિક ગ્રેફાઇટથી આકારહીન કાર્બન ફરીથી ગોઠવવાની પ્રક્રિયા કરવી જોઈએ, કૃત્રિમ ગ્રેફાઇટ અનન્ય પાંખડીઓ ઓક્સિજન અણુઓથી લાભ મેળવતા નેનોસ્ટ્રક્ચર્સને આકાર આપે છે, પરંતુ ગ્રેફાઇટ નેનોમીટર માળખાને કેવી રીતે પ્રભાવિત કરવું તે ચોક્કસ સ્પષ્ટ નથી, જેમ કે કેથોડ પ્રતિક્રિયા પછી કાર્બન હાડપિંજરમાંથી ઓક્સિજન, વગેરે.
હાલમાં, પદ્ધતિ પર સંશોધન હજુ પ્રારંભિક તબક્કામાં છે, અને વધુ સંશોધનની જરૂર છે.
૧.૩ કૃત્રિમ ગ્રેફાઇટનું મોર્ફોલોજિકલ લાક્ષણિકતા
SEM નો ઉપયોગ ગ્રેફાઇટની માઇક્રોસ્કોપિક સપાટી મોર્ફોલોજીનું અવલોકન કરવા માટે થાય છે, TEM નો ઉપયોગ 0.2 μm કરતા ઓછા માળખાકીય મોર્ફોલોજીનું અવલોકન કરવા માટે થાય છે, XRD અને રામન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી એ ગ્રેફાઇટના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરને લાક્ષણિકતા આપવા માટે સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા માધ્યમો છે, XRD નો ઉપયોગ ગ્રેફાઇટની સ્ફટિક માહિતીને લાક્ષણિકતા આપવા માટે થાય છે, અને રમન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીનો ઉપયોગ ગ્રેફાઇટની ખામીઓ અને ક્રમ ડિગ્રીને લાક્ષણિકતા આપવા માટે થાય છે.
પીગળેલા મીઠાના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના કેથોડ ધ્રુવીકરણ દ્વારા તૈયાર કરાયેલા ગ્રેફાઇટમાં ઘણા છિદ્રો હોય છે. કાર્બન બ્લેક વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ જેવા વિવિધ કાચા માલ માટે, પાંખડી જેવા છિદ્રાળુ નેનોસ્ટ્રક્ચર્સ મેળવવામાં આવે છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પછી કાર્બન બ્લેક પર XRD અને રામન સ્પેક્ટ્રમ વિશ્લેષણ હાથ ધરવામાં આવે છે.
૮૨૭ ℃ તાપમાને, ૧ કલાક માટે ૨.૬V વોલ્ટેજ સાથે સારવાર કર્યા પછી, કાર્બન બ્લેકની રમન સ્પેક્ટ્રલ છબી લગભગ વાણિજ્યિક ગ્રેફાઇટ જેવી જ હોય છે. કાર્બન બ્લેકને અલગ અલગ તાપમાન સાથે સારવાર આપ્યા પછી, તીક્ષ્ણ ગ્રેફાઇટ લાક્ષણિકતા શિખર (૦૦૨) માપવામાં આવે છે. વિવર્તન શિખર (૦૦૨) ગ્રેફાઇટમાં સુગંધિત કાર્બન સ્તરના દિશા નિર્દેશનની ડિગ્રી દર્શાવે છે.
કાર્બન સ્તર જેટલું તીક્ષ્ણ છે, તે તેટલું વધુ દિશામાન છે.
ઝુએ પ્રયોગમાં શુદ્ધ કરેલ ઉતરતા કોલસાનો કેથોડ તરીકે ઉપયોગ કર્યો, અને ગ્રાફિટાઇઝ્ડ ઉત્પાદનનું માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર દાણાદારથી મોટા ગ્રેફાઇટ માળખામાં રૂપાંતરિત થયું, અને ઉચ્ચ દર ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ હેઠળ ચુસ્ત ગ્રેફાઇટ સ્તર પણ અવલોકન કરવામાં આવ્યું.
રમન સ્પેક્ટ્રામાં, પ્રાયોગિક પરિસ્થિતિઓમાં ફેરફાર સાથે, ID/Ig મૂલ્ય પણ બદલાયું. જ્યારે ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક તાપમાન 950 ℃ હતું, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક સમય 6 કલાક હતો, અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક વોલ્ટેજ 2.6V હતો, ત્યારે સૌથી નીચું ID/Ig મૂલ્ય 0.3 હતું, અને D શિખર G શિખર કરતા ઘણું ઓછું હતું. તે જ સમયે, 2D શિખરનો દેખાવ પણ અત્યંત ક્રમબદ્ધ ગ્રેફાઇટ માળખાની રચનાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.
XRD છબીમાં તીક્ષ્ણ (002) વિવર્તન શિખર પણ ઉચ્ચ સ્ફટિકીયતાવાળા ગ્રેફાઇટમાં હલકી ગુણવત્તાવાળા કોલસાના સફળ રૂપાંતરની પુષ્ટિ કરે છે.
ગ્રાફિટાઇઝેશન પ્રક્રિયામાં, તાપમાન અને વોલ્ટેજમાં વધારો પ્રોત્સાહન આપતી ભૂમિકા ભજવશે, પરંતુ ખૂબ ઊંચા વોલ્ટેજ ગ્રેફાઇટની ઉપજ ઘટાડશે, અને ખૂબ ઊંચા તાપમાન અથવા ખૂબ લાંબો ગ્રાફિટાઇઝેશન સમય સંસાધનોના બગાડ તરફ દોરી જશે, તેથી વિવિધ કાર્બન સામગ્રી માટે, સૌથી યોગ્ય ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક પરિસ્થિતિઓનું અન્વેષણ કરવું ખાસ કરીને મહત્વપૂર્ણ છે, તે પણ ધ્યાન અને મુશ્કેલી છે.
આ પાંખડી જેવા ફ્લેક નેનોસ્ટ્રક્ચરમાં ઉત્તમ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ગુણધર્મો છે. મોટી સંખ્યામાં છિદ્રો આયનોને ઝડપથી દાખલ/ડિએમ્બેડ કરવાની મંજૂરી આપે છે, જે બેટરી વગેરે માટે ઉચ્ચ-ગુણવત્તાવાળા કેથોડ સામગ્રી પ્રદાન કરે છે. તેથી, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પદ્ધતિ ગ્રાફિટાઇઝેશન એ ખૂબ જ સંભવિત ગ્રાફિટાઇઝેશન પદ્ધતિ છે.
પીગળેલા મીઠાના ઇલેક્ટ્રોડપોઝિશન પદ્ધતિ
૨.૧ કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું વિદ્યુતવિભાજન
સૌથી મહત્વપૂર્ણ ગ્રીનહાઉસ ગેસ તરીકે, CO2 એક બિન-ઝેરી, હાનિકારક, સસ્તો અને સરળતાથી ઉપલબ્ધ નવીનીકરણીય સંસાધન પણ છે. જો કે, CO2 માં કાર્બન સૌથી વધુ ઓક્સિડેશન સ્થિતિમાં છે, તેથી CO2 ઉચ્ચ થર્મોડાયનેમિક સ્થિરતા ધરાવે છે, જે તેનો ફરીથી ઉપયોગ કરવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે.
CO2 ઇલેક્ટ્રોડપોઝિશન પરનું સૌથી પહેલું સંશોધન 1960 ના દાયકામાં શોધી શકાય છે. ઇન્ગ્રામ અને અન્ય લોકોએ Li2CO3-Na2CO3-K2CO3 ના પીગળેલા મીઠા પ્રણાલીમાં સોનાના ઇલેક્ટ્રોડ પર કાર્બન સફળતાપૂર્વક તૈયાર કર્યો.
વેન વગેરેએ ધ્યાન દોર્યું કે વિવિધ ઘટાડા ક્ષમતાઓ પર મેળવેલા કાર્બન પાવડરમાં ગ્રેફાઇટ, આકારહીન કાર્બન અને કાર્બન નેનોફાઇબર સહિત વિવિધ માળખાં હતા.
CO2 ને પકડવા માટે પીગળેલા મીઠા દ્વારા અને કાર્બન સામગ્રીની સફળતાની તૈયારી પદ્ધતિ દ્વારા, કાર્બન ડિપોઝિશન રચના પદ્ધતિ અને અંતિમ ઉત્પાદન પર વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની સ્થિતિની અસર પર લાંબા સમય સુધી ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યા પછી, જેમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક તાપમાન, ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક વોલ્ટેજ અને પીગળેલા મીઠા અને ઇલેક્ટ્રોડ્સની રચના વગેરેનો સમાવેશ થાય છે, CO2 ના ઇલેક્ટ્રોડિપોઝિશન માટે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા ગ્રેફાઇટ સામગ્રીની તૈયારીએ મજબૂત પાયો નાખ્યો છે.
ઇલેક્ટ્રોલાઇટ બદલીને અને ઉચ્ચ CO2 કેપ્ચર કાર્યક્ષમતા સાથે CaCl2-આધારિત પીગળેલા મીઠાની સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને, હુ અને અન્ય લોકોએ ઇલેક્ટ્રોલિસિસ તાપમાન, ઇલેક્ટ્રોડ રચના અને પીગળેલા મીઠાની રચના જેવી ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક પરિસ્થિતિઓનો અભ્યાસ કરીને ઉચ્ચ ગ્રાફિટાઇઝેશન ડિગ્રી અને કાર્બન નેનોટ્યુબ અને અન્ય નેનોગ્રાફાઇટ માળખાં સાથે ગ્રાફીન સફળતાપૂર્વક તૈયાર કર્યું.
કાર્બોનેટ સિસ્ટમની તુલનામાં, CaCl2 માં સસ્તી અને સરળતાથી મેળવી શકાય તેવી, ઉચ્ચ વાહકતા, પાણીમાં સરળતાથી ઓગળવા જેવી અને ઓક્સિજન આયનોની ઉચ્ચ દ્રાવ્યતાના ફાયદા છે, જે CO2 ને ઉચ્ચ મૂલ્યવાળા ગ્રેફાઇટ ઉત્પાદનોમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે સૈદ્ધાંતિક પરિસ્થિતિઓ પૂરી પાડે છે.
૨.૨ પરિવર્તન પદ્ધતિ
પીગળેલા મીઠામાંથી CO2 ના ઇલેક્ટ્રોડપોઝિશન દ્વારા ઉચ્ચ મૂલ્યવર્ધિત કાર્બન સામગ્રીની તૈયારીમાં મુખ્યત્વે CO2 કેપ્ચર અને પરોક્ષ ઘટાડો શામેલ છે. સમીકરણ (1) માં બતાવ્યા પ્રમાણે, પીગળેલા મીઠામાં મુક્ત O2- દ્વારા CO2 નું કેપ્ચર પૂર્ણ થાય છે:
CO2+O2-→CO3 2- (1)
હાલમાં, ત્રણ પરોક્ષ ઘટાડો પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિઓ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી છે: એક-પગલાની પ્રતિક્રિયા, બે-પગલાની પ્રતિક્રિયા અને ધાતુ ઘટાડો પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિ.
સમીકરણ (2) માં બતાવ્યા પ્રમાણે, એક-પગલાની પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિ સૌપ્રથમ ઇન્ગ્રામ દ્વારા પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી હતી:
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
સમીકરણ (3-4) માં બતાવ્યા પ્રમાણે, બોરુકા અને અન્ય લોકો દ્વારા બે-પગલાની પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિનો પ્રસ્તાવ મૂકવામાં આવ્યો હતો:
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
ધાતુ ઘટાડાની પ્રતિક્રિયાની પદ્ધતિ ડીનહાર્ટ અને અન્ય લોકોએ પ્રસ્તાવિત કરી હતી. તેઓ માનતા હતા કે ધાતુના આયનો સૌપ્રથમ કેથોડમાં ધાતુમાં રૂપાંતરિત થયા હતા, અને પછી ધાતુને કાર્બોનેટ આયનમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવી હતી, જેમ કે સમીકરણ (5~6) માં દર્શાવવામાં આવ્યું છે:
એમ- + ઇ – →એમ (5)
૪ મીટર + M2CO3 – > C + ૩ m2o (૬)
હાલમાં, એક-પગલાની પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિ સામાન્ય રીતે હાલના સાહિત્યમાં સ્વીકારવામાં આવે છે.
યીન અને અન્ય લોકોએ નિકલને કેથોડ તરીકે, ટીન ડાયોક્સાઇડને એનોડ તરીકે અને ચાંદીના વાયરને સંદર્ભ ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે રાખીને Li-Na-K કાર્બોનેટ સિસ્ટમનો અભ્યાસ કર્યો, અને નિકલ કેથોડ પર આકૃતિ 2 માં ચક્રીય વોલ્ટેમેટ્રી પરીક્ષણ આકૃતિ (100 mV/s નો સ્કેનિંગ દર) મેળવી, અને જાણવા મળ્યું કે નકારાત્મક સ્કેનીંગમાં માત્ર એક જ ઘટાડો ટોચ (-2.0V પર) હતો.
તેથી, એવું તારણ કાઢી શકાય છે કે કાર્બોનેટના ઘટાડા દરમિયાન ફક્ત એક જ પ્રતિક્રિયા થઈ હતી.
ગાઓ અને અન્ય લોકોએ સમાન કાર્બોનેટ સિસ્ટમમાં સમાન ચક્રીય વોલ્ટેમેટ્રી મેળવી.
Ge અને અન્ય લોકોએ LiCl-Li2CO3 સિસ્ટમમાં CO2 મેળવવા માટે નિષ્ક્રિય એનોડ અને ટંગસ્ટન કેથોડનો ઉપયોગ કર્યો અને સમાન છબીઓ મેળવી, અને નકારાત્મક સ્કેનીંગમાં કાર્બન ડિપોઝિશનનો માત્ર ઘટાડો શિખર દેખાયો.
આલ્કલાઇન ધાતુ પીગળેલા મીઠા પ્રણાલીમાં, કેથોડ દ્વારા કાર્બન જમા થાય ત્યારે આલ્કલાઇન ધાતુઓ અને CO ઉત્પન્ન થશે. જોકે, કાર્બન જમા થવાની પ્રતિક્રિયાની થર્મોડાયનેમિક સ્થિતિઓ નીચા તાપમાને ઓછી હોવાથી, પ્રયોગમાં ફક્ત કાર્બોનેટનું કાર્બનમાં ઘટાડો શોધી શકાય છે.
ગ્રેફાઇટ ઉત્પાદનો તૈયાર કરવા માટે પીગળેલા મીઠા દ્વારા 2.3 CO2 શોષણ
પ્રાયોગિક પરિસ્થિતિઓને નિયંત્રિત કરીને પીગળેલા મીઠામાંથી CO2 ના ઇલેક્ટ્રોડપોઝિશન દ્વારા ગ્રાફીન અને કાર્બન નેનોટ્યુબ જેવા ઉચ્ચ-મૂલ્યવર્ધિત ગ્રેફાઇટ નેનોમટીરિયલ્સ તૈયાર કરી શકાય છે. હુ અને અન્ય લોકોએ CaCl2-NaCl-CaO પીગળેલા મીઠા સિસ્ટમમાં કેથોડ તરીકે સ્ટેનલેસ સ્ટીલનો ઉપયોગ કર્યો અને વિવિધ તાપમાને 2.6V સતત વોલ્ટેજની સ્થિતિમાં 4 કલાક માટે ઇલેક્ટ્રોલાઇઝ્ડ કર્યું.
લોખંડના ઉત્પ્રેરક અને ગ્રેફાઇટ સ્તરો વચ્ચે CO ની વિસ્ફોટક અસરને કારણે, કેથોડની સપાટી પર ગ્રાફીન મળી આવ્યું. ગ્રાફીનની તૈયારી પ્રક્રિયા આકૃતિ 3 માં બતાવવામાં આવી છે.
ચિત્ર
પછીના અભ્યાસોમાં CaCl2-NaClCaO પીગળેલા મીઠાની પદ્ધતિના આધારે Li2SO4 ઉમેરવામાં આવ્યું, વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણનું તાપમાન 625 ℃ હતું, 4 કલાકના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પછી, કાર્બનના કેથોડિક નિક્ષેપણમાં તે જ સમયે ગ્રાફીન અને કાર્બન નેનોટ્યુબ મળ્યા, અભ્યાસમાં જાણવા મળ્યું કે Li+ અને SO4 2- ગ્રાફિટાઇઝેશન પર હકારાત્મક અસર લાવે છે.
સલ્ફર પણ કાર્બન બોડીમાં સફળતાપૂર્વક સંકલિત થાય છે, અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક પરિસ્થિતિઓને નિયંત્રિત કરીને અતિ-પાતળા ગ્રેફાઇટ શીટ્સ અને ફિલામેન્ટસ કાર્બન મેળવી શકાય છે.
ગ્રાફીનની રચના માટે ઉચ્ચ અને નીચું ઇલેક્ટ્રોલિટીક તાપમાન જેવી સામગ્રી મહત્વપૂર્ણ છે, જ્યારે 800 ℃ કરતા વધારે તાપમાન હોય ત્યારે કાર્બનને બદલે CO ઉત્પન્ન કરવું સરળ હોય છે, અને 950 ℃ કરતા વધારે તાપમાન હોય ત્યારે લગભગ કોઈ કાર્બન જમા થતો નથી, તેથી ગ્રાફીન અને કાર્બન નેનોટ્યુબ ઉત્પન્ન કરવા માટે તાપમાન નિયંત્રણ અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે, અને કાર્બન જમા થવાની પ્રતિક્રિયા CO પ્રતિક્રિયા સિનર્જીને પુનઃસ્થાપિત કરો જેથી કેથોડ સ્થિર ગ્રાફીન ઉત્પન્ન કરી શકે.
આ કાર્યો CO2 દ્વારા નેનો-ગ્રેફાઇટ ઉત્પાદનો તૈયાર કરવા માટે એક નવી પદ્ધતિ પ્રદાન કરે છે, જે ગ્રીનહાઉસ વાયુઓના દ્રાવણ અને ગ્રાફીનની તૈયારી માટે ખૂબ મહત્વનું છે.
૩. સારાંશ અને આઉટલુક
નવા ઉર્જા ઉદ્યોગના ઝડપી વિકાસ સાથે, કુદરતી ગ્રેફાઇટ વર્તમાન માંગને પૂર્ણ કરવામાં અસમર્થ રહ્યું છે, અને કૃત્રિમ ગ્રેફાઇટમાં કુદરતી ગ્રેફાઇટ કરતાં વધુ સારા ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો છે, તેથી સસ્તું, કાર્યક્ષમ અને પર્યાવરણને અનુકૂળ ગ્રાફિટાઇઝેશન એ લાંબા ગાળાનું લક્ષ્ય છે.
ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પદ્ધતિઓ ઘન અને વાયુયુક્ત કાચા માલમાં ગ્રાફિટાઇઝેશન, કેથોડિક ધ્રુવીકરણ અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ડિપોઝિશનની પદ્ધતિ સાથે, ઉચ્ચ મૂલ્યવાળા ગ્રેફાઇટ સામગ્રીમાંથી સફળતાપૂર્વક બહાર કાઢવામાં આવ્યું હતું, ગ્રાફિટાઇઝેશનની પરંપરાગત રીતની તુલનામાં, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પદ્ધતિ ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, ઓછી ઉર્જા વપરાશ, લીલા પર્યાવરણીય સંરક્ષણ, નાના મર્યાદિત પસંદગીયુક્ત સામગ્રી માટે છે. તે જ સમયે, વિવિધ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પરિસ્થિતિઓ અનુસાર ગ્રેફાઇટ માળખાના વિવિધ આકારશાસ્ત્ર પર તૈયાર કરી શકાય છે,
તે તમામ પ્રકારના આકારહીન કાર્બન અને ગ્રીનહાઉસ વાયુઓને મૂલ્યવાન નેનો-સ્ટ્રક્ચર્ડ ગ્રેફાઇટ સામગ્રીમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે અસરકારક માર્ગ પૂરો પાડે છે અને તેનો ઉપયોગ સારી સંભાવના ધરાવે છે.
હાલમાં, આ ટેકનોલોજી તેના પ્રારંભિક તબક્કામાં છે. ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પદ્ધતિ દ્વારા ગ્રાફિટાઇઝેશન પર થોડા અભ્યાસો છે, અને હજુ પણ ઘણી અજાણ પ્રક્રિયાઓ છે. તેથી, કાચા માલથી શરૂઆત કરવી અને વિવિધ આકારહીન કાર્બન પર વ્યાપક અને વ્યવસ્થિત અભ્યાસ કરવો જરૂરી છે, અને તે જ સમયે ગ્રેફાઇટ રૂપાંતરણના ઉષ્માગતિશાસ્ત્ર અને ગતિશીલતાનું ઊંડાણપૂર્વક અન્વેષણ કરવું જરૂરી છે.
ગ્રેફાઇટ ઉદ્યોગના ભાવિ વિકાસ માટે આનું દૂરગામી મહત્વ છે.
પોસ્ટ સમય: મે-૧૦-૨૦૨૧