ગ્રેફાઇટને કૃત્રિમ ગ્રેફાઇટ અને કુદરતી ગ્રેફાઇટમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે, જે લગભગ 2 બિલિયન ટનમાં કુદરતી ગ્રેફાઇટનો વિશ્વનો સાબિત ભંડાર છે.
કૃત્રિમ ગ્રેફાઇટ સામાન્ય દબાણ હેઠળ કાર્બન ધરાવતી સામગ્રીના વિઘટન અને ગરમીની સારવાર દ્વારા મેળવવામાં આવે છે.આ રૂપાંતરણને ચાલક બળ તરીકે પર્યાપ્ત ઊંચા તાપમાન અને ઊર્જાની જરૂર પડે છે, અને અવ્યવસ્થિત માળખું એક ક્રમબદ્ધ ગ્રેફાઇટ ક્રિસ્ટલ સ્ટ્રક્ચરમાં રૂપાંતરિત થશે.
ગ્રેફિટાઇઝેશન એ 2000 ℃ ઉચ્ચ તાપમાનની ગરમીની સારવાર કાર્બન અણુઓની પુન: ગોઠવણી દ્વારા કાર્બોનેસિયસ સામગ્રીના વ્યાપક અર્થમાં છે, જો કે 3000 ℃ ગ્રાફિટાઇઝેશનથી ઉપરના ઊંચા તાપમાનમાં કેટલીક કાર્બન સામગ્રી, આ પ્રકારની કાર્બન સામગ્રીને "હાર્ડ ચારકોલ" તરીકે ઓળખવામાં આવતી હતી. સરળ ગ્રાફિટાઇઝ્ડ કાર્બન સામગ્રી, પરંપરાગત ગ્રાફિટાઇઝેશન પદ્ધતિમાં ઉચ્ચ તાપમાન અને ઉચ્ચ દબાણ પદ્ધતિ, ઉત્પ્રેરક ગ્રાફિટાઇઝેશન, રાસાયણિક વરાળ જમા કરવાની પદ્ધતિ વગેરેનો સમાવેશ થાય છે.
ગ્રેફિટાઇઝેશન એ કાર્બોનેસીયસ સામગ્રીના ઉચ્ચ વધારાના મૂલ્યના ઉપયોગનું અસરકારક માધ્યમ છે.વિદ્વાનો દ્વારા વ્યાપક અને ઊંડાણપૂર્વકના સંશોધન પછી, તે મૂળભૂત રીતે હવે 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-વિશ્લેષણની પદ્ધતિ વિકાસની એક સદી કરતાં વધુ હતી, તેના મૂળ સિદ્ધાંત અને નવી પદ્ધતિઓ સતત નવીનતા અને વિકાસ છે, હવે તે પરંપરાગત ધાતુશાસ્ત્ર ઉદ્યોગ પૂરતું મર્યાદિત નથી, 21મી સદીની શરૂઆતમાં, ધાતુમાં પીગળેલા સોલ્ટ સિસ્ટમ સોલિડ ઓક્સાઇડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક ઘટાડાની તૈયારી એલિમેન્ટલ ધાતુઓની વધુ સક્રિયતામાં ધ્યાન કેન્દ્રિત કરે છે,
તાજેતરમાં, પીગળેલા મીઠાના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દ્વારા ગ્રેફાઇટ સામગ્રી તૈયાર કરવાની નવી પદ્ધતિએ ખૂબ ધ્યાન આકર્ષિત કર્યું છે.
કેથોડિક ધ્રુવીકરણ અને ઇલેક્ટ્રોડિપોઝિશન દ્વારા, કાર્બન કાચી સામગ્રીના બે અલગ-અલગ સ્વરૂપો ઉચ્ચ વધારાના મૂલ્ય સાથે નેનો-ગ્રેફાઇટ સામગ્રીમાં રૂપાંતરિત થાય છે.પરંપરાગત ગ્રાફિટાઇઝેશન તકનીકની તુલનામાં, નવી ગ્રાફિટાઇઝેશન પદ્ધતિમાં નીચા ગ્રાફિટાઇઝેશન તાપમાન અને નિયંત્રણક્ષમ મોર્ફોલોજીના ફાયદા છે.
આ પેપર ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પદ્ધતિ દ્વારા ગ્રાફિટાઇઝેશનની પ્રગતિની સમીક્ષા કરે છે, આ નવી તકનીકનો પરિચય આપે છે, તેના ફાયદા અને ગેરફાયદાનું વિશ્લેષણ કરે છે અને તેના ભાવિ વિકાસના વલણની સંભાવનાઓ દર્શાવે છે.
પ્રથમ, પીગળેલા મીઠું ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક કેથોડ ધ્રુવીકરણ પદ્ધતિ
1.1 કાચો માલ
હાલમાં, કૃત્રિમ ગ્રેફાઇટનો મુખ્ય કાચો માલ સોય કોક અને ઉચ્ચ ગ્રેફિટાઇઝેશન ડિગ્રીનો પિચ કોક છે, એટલે કે તેલના અવશેષો અને કોલ ટાર દ્વારા કાચી સામગ્રી તરીકે ઉચ્ચ ગુણવત્તાની કાર્બન સામગ્રી ઉત્પન્ન કરવા માટે, ઓછી છિદ્રાળુતા, ઓછી સલ્ફર, ઓછી રાખ સાથે. ગ્રેફાઇટાઇઝેશનની સામગ્રી અને ફાયદા, ગ્રેફાઇટમાં તેની તૈયારી કર્યા પછી અસર માટે સારી પ્રતિકાર, ઉચ્ચ યાંત્રિક શક્તિ, ઓછી પ્રતિકારકતા,
જો કે, તેલના મર્યાદિત ભંડાર અને વધઘટ થતી તેલની કિંમતોએ તેના વિકાસને પ્રતિબંધિત કર્યો છે, તેથી નવા કાચા માલની શોધ એ એક તાકીદની સમસ્યા બની ગઈ છે જેનો ઉકેલ લાવવામાં આવે છે.
પરંપરાગત ગ્રાફિટાઇઝેશન પદ્ધતિઓમાં મર્યાદાઓ હોય છે, અને વિવિધ ગ્રાફિટાઇઝેશન પદ્ધતિઓ વિવિધ કાચી સામગ્રીનો ઉપયોગ કરે છે.બિન-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 સામગ્રીઓમાં 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 ઊંચા તાપમાને ગ્રેફાઇટ ઉત્પાદનોમાં તૈયાર કરવામાં આવે છે.
તાજેતરમાં, આ પેપર નવી ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પદ્ધતિઓનો પ્રસ્તાવ મૂકે છે, જેમ કે પેંગ, પીગળેલા મીઠાના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ દ્વારા ગ્રેફાઇટના ઉચ્ચ સ્ફટિકીકરણમાં કાર્બન બ્લેકને ગ્રાફાઇટાઇઝ કરવાની શક્યતા નથી, પાંખડી આકારના ગ્રેફાઇટ નેનોમીટર ચિપ્સ ધરાવતા ગ્રેફાઇટ નમૂનાઓનું વિદ્યુત વિચ્છેદન, ઉચ્ચ ચોક્કસ સપાટી વિસ્તાર ધરાવે છે. જ્યારે લિથિયમ બેટરી કેથોડ માટે વપરાય છે ત્યારે કુદરતી ગ્રેફાઇટ કરતાં વધુ ઉત્કૃષ્ટ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રદર્શન દર્શાવે છે.
ઝુ એટ અલ.950 ℃ પર વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ માટે નિમ્ન-ગુણવત્તાવાળા કોલસાને CaCl2 પીગળેલા સોલ્ટ સિસ્ટમમાં મૂકો, અને ઉચ્ચ સ્ફટિકીયતા સાથે નીચી-ગુણવત્તાવાળા કોલસાને ગ્રેફાઈટમાં સફળતાપૂર્વક રૂપાંતરિત કર્યા, જે લિથિયમ આયન બેટરીના એનોડ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાતી વખતે સારા દરની કામગીરી અને લાંબી ચક્ર જીવન દર્શાવે છે. .
પ્રયોગ દર્શાવે છે કે પીગળેલા મીઠાના વિદ્યુત વિચ્છેદનના માધ્યમથી વિવિધ પ્રકારની પરંપરાગત કાર્બન સામગ્રીને ગ્રેફાઇટમાં રૂપાંતરિત કરવી શક્ય છે, જે ભવિષ્યના કૃત્રિમ ગ્રેફાઇટ માટે નવો માર્ગ ખોલે છે.
1.2 ની મિકેનિઝમ
પીગળેલા મીઠું વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પદ્ધતિ કેથોડ તરીકે કાર્બન સામગ્રીનો ઉપયોગ કરે છે અને તેને કેથોડિક ધ્રુવીકરણ દ્વારા ઉચ્ચ સ્ફટિકીયતા સાથે ગ્રેફાઇટમાં રૂપાંતરિત કરે છે.હાલમાં, પ્રવર્તમાન સાહિત્ય કેથોડિક ધ્રુવીકરણની સંભવિત રૂપાંતર પ્રક્રિયામાં ઓક્સિજનને દૂર કરવા અને કાર્બન અણુઓના લાંબા-અંતરની પુનઃ ગોઠવણીનો ઉલ્લેખ કરે છે.
કાર્બન પદાર્થોમાં ઓક્સિજનની હાજરી અમુક અંશે ગ્રાફિટાઇઝેશનને અવરોધે છે.પરંપરાગત ગ્રાફિટાઇઝેશન પ્રક્રિયામાં, જ્યારે તાપમાન 1600K કરતા વધારે હોય ત્યારે ઓક્સિજન ધીમે ધીમે દૂર કરવામાં આવશે.જો કે, કેથોડિક ધ્રુવીકરણ દ્વારા ડીઓક્સિડાઇઝ કરવું અત્યંત અનુકૂળ છે.
પેંગ, વગેરે પ્રયોગોમાં પ્રથમ વખત પીગળેલા મીઠાના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ કેથોડિક ધ્રુવીકરણ સંભવિત મિકેનિઝમને આગળ ધપાવ્યું, એટલે કે ગ્રાફિટાઇઝેશન શરૂ કરવા માટેનું સૌથી વધુ સ્થળ ઘન કાર્બન માઇક્રોસ્ફિયર્સ/ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઇન્ટરફેસમાં સ્થિત છે, પ્રથમ કાર્બન માઇક્રોસ્ફિયર મૂળભૂત સમાન વ્યાસની આસપાસ છે. ગ્રેફાઇટ શેલ, અને પછી ક્યારેય સ્થિર નિર્જળ કાર્બન કાર્બન અણુઓ વધુ સ્થિર બાહ્ય ગ્રેફાઇટ ફ્લેકમાં ફેલાય છે, જ્યાં સુધી સંપૂર્ણપણે ગ્રાફાઇટાઇઝ્ડ ન થાય,
ગ્રાફિટાઇઝેશન પ્રક્રિયા ઓક્સિજનને દૂર કરવાની સાથે છે, જે પ્રયોગો દ્વારા પણ પુષ્ટિ મળે છે.
જિન એટ અલ.પ્રયોગો દ્વારા પણ આ દૃષ્ટિકોણ સાબિત કર્યો.ગ્લુકોઝના કાર્બનીકરણ પછી, ગ્રાફિટાઇઝેશન (17% ઓક્સિજન સામગ્રી) હાથ ધરવામાં આવી હતી.ગ્રાફિટાઇઝેશન પછી, મૂળ નક્કર કાર્બન ગોળાઓ (ફિગ. 1a અને 1c) એ ગ્રેફાઇટ નેનોશીટ્સ (ફિગ. 1b અને 1d)થી બનેલા છિદ્રાળુ શેલની રચના કરી.
કાર્બન તંતુઓ (16% ઓક્સિજન) ના વિદ્યુત વિચ્છેદન દ્વારા, સાહિત્યમાં અનુમાનિત રૂપાંતરણ પદ્ધતિ અનુસાર ગ્રાફિટાઇઝેશન પછી કાર્બન તંતુઓ ગ્રેફાઇટ ટ્યુબમાં રૂપાંતરિત થઈ શકે છે.
એવું માનવામાં આવે છે કે, લાંબા અંતરની હિલચાલ કાર્બન અણુઓના કેથોડિક ધ્રુવીકરણ હેઠળ છે, ઉચ્ચ ક્રિસ્ટલ ગ્રેફાઇટથી આકારહીન કાર્બન પુનઃવ્યવસ્થિત પ્રક્રિયા કરવી આવશ્યક છે, કૃત્રિમ ગ્રેફાઇટ અનન્ય પાંખડીઓના આકારના નેનોસ્ટ્રક્ચરને ઓક્સિજન અણુઓથી ફાયદો થાય છે, પરંતુ ગ્રેફાઇટ નેનોમીટર માળખું કેવી રીતે પ્રભાવિત કરવું તે સ્પષ્ટ નથી, જેમ કે કેથોડ પ્રતિક્રિયા પર કેવી રીતે કાર્બન હાડપિંજરમાંથી ઓક્સિજન, વગેરે.
હાલમાં, મિકેનિઝમ પર સંશોધન હજી પ્રારંભિક તબક્કામાં છે, અને વધુ સંશોધનની જરૂર છે.
1.3 કૃત્રિમ ગ્રેફાઇટનું મોર્ફોલોજિકલ લાક્ષણિકતા
SEM નો ઉપયોગ ગ્રેફાઇટની માઇક્રોસ્કોપિક સપાટી આકારવિજ્ઞાનનું અવલોકન કરવા માટે થાય છે, TEM નો ઉપયોગ 0.2 μm કરતા ઓછા માળખાકીય મોર્ફોલોજીને અવલોકન કરવા માટે થાય છે, XRD અને રામન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી એ ગ્રેફાઇટના માઇક્રોસ્ટ્રક્ચરને લાક્ષણિકતા આપવા માટે સૌથી સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતા માધ્યમો છે, XRD નો ઉપયોગ ક્રિસ્ટલની લાક્ષણિકતા માટે થાય છે. ગ્રેફાઇટની માહિતી, અને રામન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીનો ઉપયોગ ગ્રેફાઇટની ખામીઓ અને ક્રમની ડિગ્રી દર્શાવવા માટે થાય છે.
પીગળેલા મીઠાના વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના કેથોડ ધ્રુવીકરણ દ્વારા તૈયાર કરાયેલ ગ્રેફાઇટમાં ઘણા છિદ્રો છે.વિવિધ કાચા માલ માટે, જેમ કે કાર્બન બ્લેક વિદ્યુત વિચ્છેદન, પાંખડી જેવા છિદ્રાળુ નેનોસ્ટ્રક્ચર્સ મેળવવામાં આવે છે.વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ પછી કાર્બન બ્લેક પર XRD અને રમન સ્પેક્ટ્રમ વિશ્લેષણ હાથ ધરવામાં આવે છે.
827 ℃ પર, 1h માટે 2.6V વોલ્ટેજ સાથે સારવાર કર્યા પછી, કાર્બન બ્લેકની રમન સ્પેક્ટ્રલ ઈમેજ કોમર્શિયલ ગ્રેફાઈટની લગભગ સમાન છે.કાર્બન બ્લેકને અલગ-અલગ તાપમાન સાથે ગણવામાં આવે તે પછી, તીક્ષ્ણ ગ્રેફાઇટ લાક્ષણિકતા ટોચ (002) માપવામાં આવે છે.વિવર્તન શિખર (002) ગ્રેફાઇટમાં સુગંધિત કાર્બન સ્તરના ઓરિએન્ટેશનની ડિગ્રી દર્શાવે છે.
કાર્બન સ્તર જેટલું તીક્ષ્ણ છે, તે વધુ લક્ષી છે.
ઝુએ પ્રયોગમાં કેથોડ તરીકે શુદ્ધ કરેલ હલકી ગુણવત્તાવાળા કોલસાનો ઉપયોગ કર્યો, અને ગ્રેફાઇટાઇઝ્ડ ઉત્પાદનનું માઇક્રોસ્ટ્રક્ચર દાણાદારમાંથી મોટા ગ્રેફાઇટ માળખામાં રૂપાંતરિત થયું, અને ચુસ્ત ગ્રેફાઇટ સ્તર પણ ઉચ્ચ દર ટ્રાન્સમિશન ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપ હેઠળ જોવામાં આવ્યું.
રમન સ્પેક્ટ્રામાં, પ્રાયોગિક પરિસ્થિતિઓમાં ફેરફાર સાથે, ID/Ig મૂલ્ય પણ બદલાયું.જ્યારે ઇલેક્ટ્રોલિટીક તાપમાન 950 ℃ હતું, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોલિટીક સમય 6h હતો, અને ઇલેક્ટ્રોલિટીક વોલ્ટેજ 2.6V હતો, સૌથી નીચો ID/ Ig મૂલ્ય 0.3 હતું, અને D શિખર G શિખર કરતાં ઘણું ઓછું હતું.તે જ સમયે, 2D શિખરનો દેખાવ પણ ઉચ્ચ ક્રમાંકિત ગ્રેફાઇટ બંધારણની રચનાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.
XRD ઇમેજમાં તીક્ષ્ણ (002) વિવર્તન શિખર પણ ઉચ્ચ સ્ફટિકીયતા સાથે ગ્રેફાઇટમાં ઉતરતા કોલસાના સફળ રૂપાંતરની પુષ્ટિ કરે છે.
ગ્રાફિટાઇઝેશન પ્રક્રિયામાં, તાપમાન અને વોલ્ટેજનો વધારો પ્રોત્સાહનની ભૂમિકા ભજવશે, પરંતુ ખૂબ ઊંચા વોલ્ટેજ ગ્રેફાઇટની ઉપજને ઘટાડશે, અને ખૂબ ઊંચા તાપમાન અથવા ખૂબ લાંબો ગ્રાફિટાઇઝેશન સમય સંસાધનોનો બગાડ તરફ દોરી જશે, તેથી વિવિધ કાર્બન સામગ્રીઓ માટે , તે સૌથી યોગ્ય ઇલેક્ટ્રોલિટીક પરિસ્થિતિઓનું અન્વેષણ કરવા માટે ખાસ કરીને મહત્વનું છે, તે પણ ધ્યાન અને મુશ્કેલી છે.
આ પાંખડી જેવી ફ્લેક નેનોસ્ટ્રક્ચર ઉત્તમ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ગુણધર્મો ધરાવે છે.મોટી સંખ્યામાં છિદ્રો આયનોને ઝડપથી દાખલ/ડીમ્બેડ કરવાની મંજૂરી આપે છે, બેટરી વગેરે માટે ઉચ્ચ ગુણવત્તાની કેથોડ સામગ્રી પૂરી પાડે છે. તેથી, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પદ્ધતિ ગ્રાફિટાઇઝેશન એ ખૂબ જ સંભવિત ગ્રાફિટાઇઝેશન પદ્ધતિ છે.
પીગળેલા મીઠું ઇલેક્ટ્રોડિપોઝિશન પદ્ધતિ
2.1 કાર્બન ડાયોક્સાઇડનું ઇલેક્ટ્રોડિપોઝિશન
સૌથી મહત્વપૂર્ણ ગ્રીનહાઉસ ગેસ તરીકે, CO2 એ બિન-ઝેરી, હાનિકારક, સસ્તું 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 તેને ફરીથી ઉપયોગમાં લેવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે.
CO2 ઇલેક્ટ્રોડિપોઝિશન પરનું સૌથી પહેલું સંશોધન 1960 ના દાયકામાં શોધી શકાય છે.ઇન્ગ્રામ એટ અલ.Li2CO3-Na2CO3-K2CO3 ની પીગળેલી મીઠું સિસ્ટમમાં ગોલ્ડ ઇલેક્ટ્રોડ પર સફળતાપૂર્વક કાર્બન તૈયાર કર્યો.
વેન એટ અલ.ધ્યાન દોર્યું કે વિવિધ ઘટાડા પોટેન્શિયલ્સમાં મેળવેલા કાર્બન પાવડરમાં ગ્રેફાઇટ, આકારહીન કાર્બન અને કાર્બન નેનોફાઇબર્સ સહિતની વિવિધ રચનાઓ હતી.
CO2 મેળવવા માટે પીગળેલા મીઠા દ્વારા અને કાર્બન સામગ્રીની સફળતાની તૈયારી પદ્ધતિ દ્વારા, સંશોધન વિદ્વાનોના લાંબા ગાળા પછી કાર્બન ડિપોઝિશન રચના પદ્ધતિ અને અંતિમ ઉત્પાદન પર વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની સ્થિતિની અસર પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું છે, જેમાં ઇલેક્ટ્રોલિટીક તાપમાન, ઇલેક્ટ્રોલિટીક વોલ્ટેજ અને તેની રચનાનો સમાવેશ થાય છે. પીગળેલું મીઠું અને ઇલેક્ટ્રોડ્સ વગેરે, CO2 ના ઇલેક્ટ્રોડપોઝિશન માટે ગ્રેફાઇટ સામગ્રીના ઉચ્ચ પ્રદર્શનની તૈયારીએ મજબૂત પાયો નાખ્યો છે.
ઇલેક્ટ્રોલાઇટ બદલીને અને ઉચ્ચ CO2 કેપ્ચર કાર્યક્ષમતા સાથે CaCl2-આધારિત પીગળેલા સોલ્ટ સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને, Hu et al.વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ તાપમાન, ઇલેક્ટ્રોડ રચના અને પીગળેલા મીઠાની રચના જેવી ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક પરિસ્થિતિઓનો અભ્યાસ કરીને ઉચ્ચ ગ્રાફિટાઇઝેશન ડિગ્રી અને કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ અને અન્ય નેનોગ્રાફાઇટ માળખાં સાથે સફળતાપૂર્વક ગ્રાફીન તૈયાર કર્યું.
કાર્બોનેટ સિસ્ટમની તુલનામાં, CaCl2 પાસે સસ્તી અને મેળવવામાં સરળ, ઉચ્ચ વાહકતા, પાણીમાં ઓગળવામાં સરળ અને ઓક્સિજન આયનોની ઉચ્ચ દ્રાવ્યતાના ફાયદા છે, જે ઉચ્ચ વધારાના મૂલ્ય સાથે ગ્રેફાઇટ ઉત્પાદનોમાં CO2 ના રૂપાંતર માટે સૈદ્ધાંતિક પરિસ્થિતિઓ પ્રદાન કરે છે.
2.2 ટ્રાન્સફોર્મેશન મિકેનિઝમ
પીગળેલા મીઠામાંથી CO2 ના ઇલેક્ટ્રોડપોઝિશન દ્વારા ઉચ્ચ મૂલ્ય-વર્ધિત કાર્બન સામગ્રીની તૈયારીમાં મુખ્યત્વે CO2 કેપ્ચર અને પરોક્ષ ઘટાડોનો સમાવેશ થાય છે.CO2 નું કેપ્ચર મફત O2 દ્વારા પૂર્ણ થાય છે- પીગળેલા મીઠામાં, સમીકરણ (1) માં બતાવ્યા પ્રમાણે :
CO2+O2-→CO3 2- (1)
હાલમાં, ત્રણ પરોક્ષ ઘટાડો પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિઓ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી છે: એક-પગલાની પ્રતિક્રિયા, દ્વિ-પગલાની પ્રતિક્રિયા અને મેટલ રિડક્શન રિએક્શન મિકેનિઝમ.
એક-પગલાની પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિ સૌપ્રથમ ઇન્ગ્રામ દ્વારા પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી હતી, જેમ કે સમીકરણ (2) માં બતાવ્યા પ્રમાણે:
CO3 2-+ 4E – →C+3O2- (2)
સમીકરણ (3-4):
CO3 2-+ 2E – →CO2 2-+O2- (3)
CO2 2-+ 2E – →C+2O2- (4)
મેટલ રિડક્શન રિએક્શનની મિકેનિઝમ ડીનહાર્ટ એટ અલ દ્વારા પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી હતી.તેઓ માનતા હતા કે કેથોડમાં ધાતુના આયનોને સૌપ્રથમ ધાતુમાં ઘટાડી દેવામાં આવ્યા હતા, અને પછી ધાતુને કાર્બોનેટ આયનોમાં ઘટાડવામાં આવી હતી, જેમ કે સમીકરણ (5~6) માં બતાવ્યા પ્રમાણે :
M- + E – →M (5)
4 m + M2CO3 – > C + 3 m2o (6)
હાલમાં, પ્રવર્તમાન સાહિત્યમાં એક-પગલાની પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિ સામાન્ય રીતે સ્વીકારવામાં આવે છે.
યીન એટ અલ.કેથોડ તરીકે નિકલ, એનોડ તરીકે ટીન ડાયોક્સાઇડ અને સંદર્ભ ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે સિલ્વર વાયર સાથે Li-Na-K કાર્બોનેટ સિસ્ટમનો અભ્યાસ કર્યો, અને નિકલ કેથોડ પર આકૃતિ 2 (100 mV/s ની સ્કેનિંગ દર) માં ચક્રીય વોલ્ટમેટ્રી પરીક્ષણનો આંકડો મેળવ્યો, અને શોધી કાઢ્યું. કે નકારાત્મક સ્કેનિંગમાં માત્ર એક જ ઘટાડાનું શિખર (-2.0V પર) હતું.
તેથી, તે નિષ્કર્ષ પર આવી શકે છે કે કાર્બોનેટના ઘટાડા દરમિયાન માત્ર એક પ્રતિક્રિયા આવી હતી.
ગાઓ એટ અલ.સમાન કાર્બોનેટ સિસ્ટમમાં સમાન ચક્રીય વોલ્ટમેટ્રી મેળવી.
જી એટ અલ.LiCl-Li2CO3 સિસ્ટમમાં CO2 મેળવવા માટે નિષ્ક્રિય એનોડ અને ટંગસ્ટન કેથોડનો ઉપયોગ કર્યો અને સમાન છબીઓ મેળવી, અને નકારાત્મક સ્કેનિંગમાં માત્ર કાર્બન ડિપોઝિશનમાં ઘટાડો શિખર દેખાયો.
ક્ષારયુક્ત ધાતુ પીગળેલા મીઠાની વ્યવસ્થામાં, ક્ષારયુક્ત ધાતુઓ અને CO ઉત્પન્ન થશે જ્યારે કેથોડ દ્વારા કાર્બન જમા થાય છે.જો કે, નીચા તાપમાને કાર્બન ડિપોઝિશન રિએક્શનની થર્મોડાયનેમિક સ્થિતિ ઓછી હોવાથી, પ્રયોગમાં માત્ર કાર્બોનેટથી કાર્બનમાં ઘટાડો જ શોધી શકાય છે.
2.3 ગ્રેફાઇટ ઉત્પાદનો તૈયાર કરવા માટે પીગળેલા મીઠા દ્વારા CO2 કેપ્ચર
પ્રાયોગિક પરિસ્થિતિઓને નિયંત્રિત કરીને પીગળેલા મીઠામાંથી CO2 ના ઇલેક્ટ્રોડિપોઝિશન દ્વારા ગ્રેફિન અને કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ જેવા ઉચ્ચ મૂલ્ય-વધારિત ગ્રેફાઇટ નેનોમટેરિયલ્સ તૈયાર કરી શકાય છે.હુ એટ અલ.CaCl2-NaCl-CaO પીગળેલા સોલ્ટ સિસ્ટમમાં કેથોડ તરીકે સ્ટેનલેસ સ્ટીલનો ઉપયોગ કર્યો અને વિવિધ તાપમાને 2.6V સતત વોલ્ટેજની સ્થિતિમાં 4 કલાક માટે ઇલેક્ટ્રોલાઈઝ્ડ.
ગ્રેફાઇટ સ્તરો વચ્ચે આયર્નના ઉત્પ્રેરક અને CO ની વિસ્ફોટક અસરને આભારી, કેથોડની સપાટી પર ગ્રાફીન મળી આવ્યું હતું.ગ્રાફીનની તૈયારીની પ્રક્રિયા આકૃતિ 3 માં બતાવવામાં આવી છે.
ચિત્ર
પાછળથી અભ્યાસમાં CaCl2-NaClCaO પીગળેલા મીઠું પ્રણાલીના આધારે Li2SO4 ઉમેરવામાં આવ્યું, વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણ તાપમાન 625 ℃ હતું, વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણના 4 કલાક પછી, તે જ સમયે કાર્બનના કેથોડિક ડિપોઝિશનમાં ગ્રાફીન અને કાર્બન નેનોટ્યુબ મળી આવ્યા, અભ્યાસમાં જાણવા મળ્યું કે Li+ અને SO4 2. - ગ્રેફિટાઇઝેશન પર હકારાત્મક અસર લાવવા માટે.
સલ્ફર પણ સફળતાપૂર્વક કાર્બન બોડીમાં એકીકૃત થઈ ગયું છે, અને ઈલેક્ટ્રોલિટીક પરિસ્થિતિઓને નિયંત્રિત કરીને અતિ-પાતળી ગ્રેફાઈટ શીટ્સ અને ફિલામેન્ટસ કાર્બન મેળવી શકાય છે.
ગ્રેફિનની રચના માટે ઉચ્ચ અને નીચું ઇલેક્ટ્રોલિટીક તાપમાન જેવી સામગ્રી મહત્વપૂર્ણ છે, જ્યારે 800 ℃ કરતા વધારે તાપમાન કાર્બનને બદલે CO પેદા કરવાનું સરળ હોય છે, જ્યારે 950 ℃ કરતા વધારે હોય ત્યારે લગભગ કોઈ કાર્બન જમા થતો નથી, તેથી તાપમાન નિયંત્રણ અત્યંત મહત્વપૂર્ણ છે. ગ્રાફીન અને કાર્બન નેનોટ્યુબનું ઉત્પાદન કરવા માટે, અને કેથોડ સ્થિર ગ્રાફીન ઉત્પન્ન કરે તેની ખાતરી કરવા માટે કાર્બન ડિપોઝિશન રિએક્શન CO પ્રતિક્રિયા સિનર્જી પુનઃસ્થાપિત કરો.
આ કાર્યો CO2 દ્વારા નેનો-ગ્રેફાઇટ ઉત્પાદનોની તૈયારી માટે એક નવી પદ્ધતિ પ્રદાન કરે છે, જે ગ્રીનહાઉસ વાયુઓના ઉકેલ અને ગ્રાફીનની તૈયારી માટે ખૂબ મહત્વ ધરાવે છે.
3. સારાંશ અને આઉટલુક
નવી ઉર્જા ઉદ્યોગના ઝડપી વિકાસ સાથે, કુદરતી ગ્રેફાઇટ વર્તમાન માંગને પહોંચી વળવામાં અસમર્થ છે, અને કૃત્રિમ ગ્રેફાઇટ કુદરતી ગ્રેફાઇટ કરતાં વધુ સારી ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મો ધરાવે છે, તેથી સસ્તું, કાર્યક્ષમ અને પર્યાવરણને અનુકૂળ ગ્રેફાઇટાઇઝેશન એ લાંબા ગાળાનું લક્ષ્ય છે.
ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પદ્ધતિઓ કેથોડિક ધ્રુવીકરણ અને ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ડિપોઝિશનની પદ્ધતિ સાથે ઘન અને વાયુયુક્ત કાચા માલસામાનમાં ગ્રેફાઇટાઇઝેશનની પરંપરાગત રીતની તુલનામાં, ઉચ્ચ વધારાના મૂલ્ય સાથે ગ્રેફાઇટ સામગ્રીમાંથી સફળતાપૂર્વક બહાર કાઢવામાં આવી હતી, ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પદ્ધતિ ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા, ઓછી ઉર્જા વપરાશ, ગ્રીન પર્યાવરણીય સંરક્ષણ, એક જ સમયે પસંદગીની સામગ્રી દ્વારા મર્યાદિત મર્યાદિત માટે, વિવિધ વિદ્યુત વિચ્છેદન-વિશ્લેષણની પરિસ્થિતિઓ અનુસાર ગ્રેફાઇટ માળખાના વિવિધ આકારવિજ્ઞાન 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 તેની સારી એપ્લિકેશનની સંભાવના છે.
હાલમાં, આ તકનીક પ્રારંભિક તબક્કામાં છે.ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પદ્ધતિ દ્વારા ગ્રાફિટાઇઝેશન પર થોડા અભ્યાસો છે, અને હજુ પણ ઘણી અજાણી પ્રક્રિયાઓ છે.તેથી, કાચા માલસામાનથી શરૂ કરીને વિવિધ આકારહીન કાર્બન પર વ્યાપક અને વ્યવસ્થિત અભ્યાસ હાથ ધરવો જરૂરી છે, અને તે જ સમયે ગ્રેફાઇટ રૂપાંતરણની થર્મોડાયનેમિક્સ અને ગતિશીલતાને ઊંડા સ્તરે અન્વેષણ કરવું જરૂરી છે.
ગ્રેફાઇટ ઉદ્યોગના ભાવિ વિકાસ માટે આનું દૂરગામી મહત્વ છે.
પોસ્ટ સમય: મે-10-2021