Adsorpcyjne właściwości węgli aktywnych otrzymanych z mezoporowatego kopolimeru styrenowo-dwuwinylobenzenowego

• Autorzy: Choma J. , Osuchowski Ł. , Stachurska K. , Jaroniec M.

Warianty tytułu

EN

Adsorption properties of activated carbons obtained from styrene-divinylbenzene mesoporous copolymer

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Serię mezoporowatych węgli aktywnych otrzymano z kopolimerowej żywicy styrenowo-dwuwinylonenzenowej (Amberlit XAD-4, Rohm and Haas Co., USA) w wyniku jej karbonizacji w temperaturze 500oC lub 700oC, a następnie aktywacji w atmosferze CO2 w trzech temperaturach – 700oC, 750oC i 800oC, odpowiednio w ciągu 5 h, 3 h i 0,5 h. Otrzymany karbonizat oraz węgle aktywne charakteryzowały się powierzchnią właściwą w przedziale 350÷880 m2/g, objętością mikroporów 0,10÷0,32 cm3/g oraz – co najważniejsze – objętością mezoporów w przedziale od 0,56÷0,79 cm3/g. Mezoporowatość tych węgli oceniono na około 75%, co oznacza, że mezoporowata struktura żywicy przetrwała proces karbonizacji. Otrzymane węgle charakteryzowały się stosunkowo dobrymi właściwościami adsorpcyjnymi względem dwutlenku węgla (w temp. 0oC i 25oC) oraz benzenu (w temp. 20oC). Największa wartość adsorpcji CO2 w obu temperaturach wynosiła odpowiednio 2,37 mmol/g (ciśnienie 1,0 atm) i 1,38 mmol/g (ciśnienie 1,1 atm), natomiast w przypadku benzenu 8,45 mmol/g (w temp. 20oC pod ciśnieniem pary nasyconej). Szczególnie dobre właściwości adsorpcyjne dotyczyły benzenu, zatem węgle te mogą być użyteczne do adsorpcji lotnych związków organicznych.

EN

A series of mesoporous activated carbons was obtained from styrene-divinylbenzene copolymer (Amberlit XAD-4, Rohm and Haas Co., USA) upon carbonization at 500oC or 700oC followed by activation in CO2 at three temperatures: 700oC, 750oC and 800oC for 5 h, 3 h and 0.5 h, respectively. The resulting carbonizate and activated carbons were characterized by specific surface area varying from 350 to 880 m2/g, micropore volume – from 0.10 to 0.32 cm3/g, and, most importantly, the mesopore volume – from 0.56 to 0.79 cm3/g. The mesoporosity in the activated carbons was estimated at about 75%, indicating that the mesoporous resin structure was preserved during the carbonization process. The carbons received featured relatively good adsorption properties with respect to carbon dioxide (0oC and 25oC) and benzene (20oC). The highest adsorption obtained for CO2 was 2.37 mmol/g at 0oC (1.0 atm), and 1.38 mmol/g at 25oC (1.1 atm), while for benzene it was 8.45 mmol/g at 20oC (saturation vapor pressure). In particular, benzene adsorption capacity was very good, indicating that the activated carbons could be utilized for adsorption of volatile organic compounds.

Słowa kluczowe

PL

materiał węglowy; żywica styrenowo-dwuwinylobenzenowa; karbonizacja; aktywacja za pomocą CO2; mezoporowaty węgiel aktywny; adsorpcja N2; CO2; C6H6

EN

carbon material; styrene-divinylbenzene resin carbonization; CO2 activation; mesoporous active carbon N2/CO2/C6H6 adsorption

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 38, nr 2
• Strony: 3--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Choma J.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Nowych Technologii i Chemii, ul. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

autor

Osuchowski Ł.

• Wojskowy Instytut Chemii i Radiometrii, al. gen. A. Chruściela „Montera” 105, 00-910 Warszawa

autor

Stachurska K.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Nowych Technologii i Chemii, ul. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

autor

Jaroniec M.

• Kent State University, Department of Chemistry and Biochemistry, Kent, Ohio 44-242 USA

Bibliografia

• 1. S. MISHRA, A.S. GOJE, V.S. ZOPE: Chemical recycling, kinetics, and thermodynamics of poly(ethylene terephthalate) (PET) waste powder by nitric acid hydrolysis. Polymer Reaction Engineering 2003, Vol. 11, pp. 79–99.
• 2. A. ARIENILLAS, F. RUBIERA, J.B. PARRA, C.O. ANIA, J.J. PIS: Surface modification of low cost carbons for their application in the environmental protection. Applied Surface Science 2005, Vol. 252, pp. 619–624.
• 3. M.A. MIGAHEAD, A.M. ABDUL-RAHEIM, A.M. ATTA, W. BROSTOW: Synthesis and evaluation of a new water soluble corrosion inhibitor from recycled poly(ethylene terephthalate). Materials Chemistry and Physics 2010, Vol. 121, pp. 208–214.
• 4. V.K. GUPTA, A. NAYAK, S. AGARWAL, I. TYAGI: Potential of activated carbon from waste rubber tire for the adsorption of phenolics: Effect of pre-treatment conditions. Journal of Colloid and Interface Science 2014, Vol. 417, pp. 420–430.
• 5. J. CHOMA, M. MARSZEWSKI, Ł. OSUCHOWSKI, J. JAGIEŁŁO, A. DZIURA, M. JARONIEC: Adsorption properties of activated carbons prepared from waste CDs and DVDs. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2015, Vol. 3, pp. 733–742.
• 6. J. CHOMA, M. JARONIEC, A. ZAWIŚLAK, J. GÓRKA: Synteza i właściwości adsorpcyjne koloidalnie odwzorowanych nanoporowatych węgli otrzymanych z kopolimeru chlorku winylidenu i chlorku winylu (Saranu) (Synthesis and adsorption properties of colloid-templated nanoporous carbons obtained using vinylidene and vinyl chloride copolymer (Saran)). Ochrona Środowiska 2009, vol. 31, nr 1, ss. 3–7.
• 7. J. CHOMA, Ł. OSUCHOWSKI, A. DZIURA, W. KWIATKOWSKA-WÓJCIK, M. JARONIEC: Właściwości adsorpcyjne węgli aktywnych otrzymanych z włókien Kevlar® (Adsorption properties of active carbons obtained from Kevlar® fibers). Ochrona Środowiska 2014, vol. 36 nr 4, ss. 3–8.
• 8. C. LIANG, Z. LI, S. DAI: Mesoporous carbon materials: synthesis and modification. Angewandte Chemie International Edition 2008, Vol. 47, pp. 3696–3717.
• 9. R. RYOO, S.H. JOO, S. JUN: Synthesis of highly ordered carbon molecular sieves via template-mediated structural transformation. Journal Physical Chemistry B 1999, Vol. 103, pp. 7743–7746.
• 10. Z. LI, M. JARONIEC: Colloidal imprinting: A novel approach to the synthesis of mesoporous carbons. Journal of the American Chemical Society 2001, Vol. 123, pp. 9208–9209.
• 11. M. JARONIEC, J. CHOMA, J. GÓRKA, A. ZAWIŚLAK: A colloidal silica templating synthesis of carbonaceous monoliths assuring formation of uniform spherical mesopores and incorporation of inorganic nanoparticles. Chemistry Materials 2008, Vol. 20, pp. 1069–1075.
• 12. Y. MENG, D. GU, F. ZHANG, Y. SHI, L. CHENG, D. FENG, Z. WU, Z. CHEN, Y. WAN, A. STEIN, D. ZHAO: A family of highly ordered mesoporous polymer resin and carbon structures from organic-organic self-assembly. Chemistry Materials 2006, Vol. 18, pp. 4447–4464.
• 13. X. WANG, C. LANG, S. DAI: Facile synthesis of ordered mesoporous carbons with high thermal stability by self-assembly of resorcinol-formaldehyde and block copolymers under highly acidic conditions. Langmuir 2008, Vol. 24, pp. 7500–7505.
• 14. K.S.W. SING, D.H. EVERETT, R.A.W. HAUL, L. MOSCOU, R.A. PIEROTTI, J. ROUQUEROL, T. SIEMIENIEWSKA: Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface and porosity. Pure and Applied Chemistry 1985, Vol. 57, pp. 603–619.
• 15. S. BRUNAUER, P.H. EMMETT, E. TELLER: Adsorption of gases in multimolecular layers. Journal of the American Chemical Society 1938, Vol. 60, pp. 309–319.
• 16. S.J. GREGG, K.S.W. SING: Adsorption, Surface Area and Porosity, 2nd Ed. Academic Press, New York 1982.
• 17. J. JAGIEŁŁO, J.P. OLIVIER: 2D-NLDFT adsorption models for carbon slit-shaped pores with surface energetical heterogeneity and geometrical corrugation. Carbon 2013, Vol. 55, pp. 70–80.
• 18. J. JAGIEŁŁO, J.P. OLIVIER: Carbon slit pore model incorporating surface energetical heterogeneity and geometrical corrugation. Adsorption 2013, Vol. 19, pp. 777–783.