Wykorzystanie promieniowania mikrofalowego w preparatyce adsorbentów węglowych

• Autorzy: Kaźmierczak-Raźna J. , Nowicki P. , Pietrzak R.

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2016.2.7

Warianty tytułu

EN

The use of microwave radiation in preparation of the carbonaceous adsorbents

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań dotyczących wytwarzania węgli aktywnych z niskiej jakości siana oraz oceny ich przydatności do usuwania zanieczyszczeń gazowych o charakterze kwasowym. Materiał wyjściowy poddano w pierwszej kolejności procesowi pirolizy w temperaturze 400ºC, a następnie aktywacji za pomocą tlenku węgla(IV), z wykorzystaniem ogrzewania mikrofalowego. Zbadano wpływ czasu i temperatury aktywacji na skład elementarny, parametry teksturalne i charakter chemiczny powierzchni otrzymanych adsorbentów węglowych oraz ich zdolności sorpcyjne wobec siarkowodoru i tlenku azotu(IV). W wyniku aktywacji otrzymano serię adsorbentów węglowych o dość słabo rozwiniętej strukturze porowatej (powierzchnia właściwa rzędu 218÷325 m²/g, objętość całkowita porów od 0,16 do 0,22 cm³/g), cechujących się wyraźnie zasadowym charakterem powierzchni. Przeprowadzone testy adsorpcyjne wykazały, że otrzymane węgle aktywne wykazują dość zróżnicowane zdolności sorpcyjne wobec siarkowodoru i tlenku azotu(IV), które w znacznym stopniu zależą od warunków prowadzenia adsorpcji, jak również temperatury i czasu aktywacji. Dla każdego z badanych węgli aktywnych znacznie wyższe pojemności sorpcyjne uzyskano podczas adsorpcji w warunkach wilgotnych, gdy przez złoże adsorbentu była przepuszczana mieszanina H₂S lub NO₂ i powietrza o wilgotności 70%. Wyniki uzyskane w trakcie badań pozwalają przypuszczać, że po odpowiedniej optymalizacji procesu wytwarzania aktywacja fizyczna z wykorzystaniem promieniowania mikrofalowego może stanowić ciekawą alternatywę dla obecnie stosowanego w produkcji przemysłowej węgli aktywnych ogrzewania konwencjonalnego.

EN

Activated carbons from low quality hay were obtained with the use of microwave heating and applied as adsorbents of gaseous pollutants of acidic character. The precursor was subjected to pyrolysis at 400ºC in nitrogen atmosphere and next to physical activation with CO₂ at 500÷700ºC. The influence of process variables such as the temperature and activation time on elemental composition, textural parameters, chemical character of the surface and sorption properties of the products obtained was studied. The sorption properties of the activated carbons obtained were characterized by determination of hydrogen sulphide and nitrogen dioxide adsorption from the flux of gases, in dry and wet conditions. Depending on the procedure of activation, the final products were microporous carbons of rather low surface area ranging from 218 to 325 m²/g and pore volume from 0.16 to 0.22 cm³/g, showing clearly basic character of the surface. The results obtained in our study have proved that by activation of biodegradable waste materials it is possible to produce carbonaceous adsorbents with relatively high sorption ability toward toxic gases, reaching to 20.9 and 46.8 mg/g for hydrogen sulfide and nitrogen dioxide, respectively. The results have also showed that effectiveness of H₂S and NO₂ removal from the flux of gases depends on a large extent on the temperature and time of activation as well as adsorption conditions. All materials under investigation showed higher sorption capacity towards both gases in wet conditions, when steam was present in the gas stream. The results obtained in our study have also proved that after a suitable optimization of carbonaceous sorbents production procedure, activation with the use of microwave radiation may be a cheaper and faster alternative for conventional heating applied nowadays.

Słowa kluczowe

PL

węgle aktywne; promieniowanie mikrofalowe; adsorpcja z fazy gazowej

EN

activated carbons; microwave radiation; adsorption from gas phase

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 19, nr 2
• Strony: 241--253
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz.

Twórcy

autor

Kaźmierczak-Raźna J.

• Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Wydział Chemii, Pracownia Chemii Stosowanej, ul. Umultowska 89b, 61-614 Poznań

autor

Nowicki P.

• Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Wydział Chemii, Pracownia Chemii Stosowanej, ul. Umultowska 89b, 61-614 Poznań

autor

Pietrzak R.

• Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Wydział Chemii, Pracownia Chemii Stosowanej, ul. Umultowska 89b, 61-614 Poznań

Bibliografia

• [1] Veksha A., Sasaoka E., Uddin M.A., The influence of porosity and surface oxygen groups of peat-based activated carbons on benzene adsorption from dry and humid air, Carbon 2009, 47, 2371-2378.
• [2] Wang T., Tan S., Liang Ch., Preparation and characterization of activated carbon from wood via microwave-induced ZnCl2 activation, Carbon 2009, 47, 1880-1883.
• [3] Bagreev A., Menendez J.A., Dukano I., Tarasenko Y., Bandosz T.J., Bituminous coal-based activated carbons modified with nitrogen as adsorbents of hydrogen sulfide, Carbon 2004, 42, 469-476.
• [4] Menendez J., Inguanzo M., Pis J., Microwave-induced pyrolysis of sewage sludge, Water Res. 2002, 36, 3261-3264.
• [5] Yagmur E., Ozmak M., Aktas Z., A novel method for production of activated carbon from waste tea by chemical activation with microwave energy, Fuel 2008, 87, 3278-3285.
• [6] Jiang J., Ma X., Experimental research of microwave pyrolysis about paper mill sludge, Appl. Thermal Eng. 2011, 31, 3897-3903.
• [7] Kazmierczak-Razna J., Pietrzak R., The use of microwave radiation for obtaining carbonaceous adsorbents from biomass and their use in elimination of inorganic pollutants, Adsorption, DOI: 10.1007/s10450-015-9713-5.
• [8] Motasemi F., Afzal M.T., A review on the microwave-assisted pyrolysis technique, Renew. Sust. Energ. Rev. 2013, 28, 317-330.
• [9] Thostenson E.T., Chou T.-W., Microwave processing: fundamentals and applications, Composites: Part A 1999, 30, 1055-1071.
• [10] Jones D.A., Lelyveld T.P., Mavrofidis S.D., Kingman S.W., Miles N.J., Microwave heating applications in environmental engineering - a review, Res. Con. Rec. 2002, 34, 75-90.
• [11] Czepirski L., Łaciak B., Komorowska-Czepirska E., Wykorzystanie promieniowania mikrofalowego w technologii adsorbentów węglowych, [w:] Węgiel aktywny w ochronie środowiska i przemyśle, Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, Częstochowa 2006.
• [12] Rumian M., Czepirski L., Zastosowanie promieniowania mikrofalowego w technologii adsorpcyjnej, Przemysł Chemiczny 2005, 85, 329-332.
• [13] Vongpradubchai S., Rattanadecho P., The microwave processing of wood using a continuous microwave belt drier, Chem. Eng. Process 2009, 48, 997-1003.
• [14] Yang K., Peng J., Srinivasakannan C., Zhang L., Xia H., Duan X., Preparation of high surface area activated carbon from coconut shells using microwave heating, Bioresource Technol. 2010, 101, 6163-6169.
• [15] Nowicki P., Kazmierczak J., Pietrzak R., Comparison of physicochemical and sorption properties of activated carbons prepared by physical and chemical activation of cherry stones, Powder Technol. 2015, 269, 312-319.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.