Węgle aktywne z tworzywa mocznikowo-formaldehydowego: synteza i badanie właściwości adsorpcyjnych

• Autorzy: Dziura A. , Osuchowski Ł. , Szczęśniak B.

Identyfikatory

DOI

10.17512/ios.2016.2.3

Warianty tytułu

EN

Activated carbons based on urea-formaldehyde resin: synthesis and adsorption properties

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy opisano proces otrzymania porowatych węgli w wyniku jednoetapowej karbonizacji i aktywacji. Jako prekursor węglowy zastosowano zsyntezowaną żywicę mocznikowo-formaldehydową, natomiast jako aktywatora użyto cytrynianu potasu. W procesie otrzymywania zastosowano cytrynian potasu w proporcjach 4:1, 5:1 i 6:1 w stosunku do prekursora polimerowego. Proces prowadzono w trzech różnych temperaturach 600, 700 i 800°C. Otrzymane węgle charakteryzowały się powierzchnią właściwą w przedziale 600÷2560 m²/g, całkowitą objętością porów w przedziale 0,35÷1,50 cm³/g, objętością ultramikroporów w przedziale 0,17÷0,62 cm³/g oraz objętością mikroporów wraz z małymi mezoporami w przedziale 0,23÷0,91 cm³/g. Bardzo dobrze rozwinięta struktura mikroporowata otrzymanych węgli aktywnych spowodowała, że w znacznych ilościach adsorbowały one dwutlenek węgla, wodór i benzen. Najlepszy z węgli adsorbował CO₂ w ilościach 6,8 mmol/g (0°C, 800 mmHg) i 3,69 mmol/g (25°C, 800 mmHg), w ilości 20,8 mg/g (‒196°C, 800 mmHg) oraz C₆H₆ w ilości 1,2 mmol/g (20°C, p/p₀~1,0). Łatwy sposób otrzymywania i możliwość kontroli struktury porowatej powodują, że otrzymane węgle mogą być z powodzeniem stosowane jako adsorbenty do magazynowania CO₂ i H₂.

EN

In this work the synthesis of porous carbon through one-step process of carbonization and activation was described. As a carbon precursor synthetized urea-formaldehyde resin was used. The activator in the process was potassium citrate. Its effectiveness has been tested at three weight ratios from 4:1, 5:1 to 6:1 w/w activator to precursor at three different temperatures. The resulting activated carbons had specific surface area in the range of 600÷2560 m²/g, total pore volume in the range of 0.35÷1.50 cm³/g, volume of small micropores in the range 0.17÷0.62 cm³/g, and volume of micropores and small mesopores in the range 0.23÷0.91 cm³/g. The resulting carbons showed good adsorption properties toward carbon dioxide and benzene. The best uptakes for these adsorptives were 6.8 mmol·g^-1 of CO₂ at 0°C and 800 mmHg, 3.69 mmol·g^-1 of CO₂ at 25°C and 800 mmHg, 20.8 mg/g H₂ at −196°C and 800 mmHg, and 16.2 mmol·g^-1 of C₆H₆ at 20°C and saturation pressure. The excellent adsorption properties of the prepared carbons render them as potential adsorbents in CO₂ and H₂ capture and storage, and VOCs adsorption/separation.

Słowa kluczowe

PL

żywice mocznikowo-formaldehydowe; aktywacja; mikroporowate węgle aktywne; cytrynian potasu

EN

urea-formaldehyde resin; activation; microporous carbon; potassium citrate

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: T. 19, nr 2
• Strony: 195--204
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz.

Twórcy

autor

Dziura A.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Chemii, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

autor

Osuchowski Ł.

• Wojskowy Instytut Chemii i Radiometrii, al. gen. Antoniego Chruściela "Montera" 105, 00-910 Warszawa

autor

Szczęśniak B.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Instytut Chemii, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

Bibliografia

• [1] Dubinin M.M., Physical adsorption of gases and vapors in micropores, Progress Surface Membrane Sci. 1975, 9, 1-70.
• [2] Jankowska H., Świątkowski A., Choma J., Active Carbon, Ellis Harwood Ltd, New York 1991.
• [3] March H., Rodriguez-Reinoso F., Activated Carbons, Elsevier, Amsterdam 2006.
• [4] Choma J., Osuchowski Ł., Jaroniec M., Właściwości i zastosowanie węgli aktywnych otrzymanych z materiałów polimerowych, Ochrona Środowiska 2014, 36, 3-16.
• [5] Wang J., Kaskel S., KOH activation of carbon-based materials for energy storage, Journal of Materials Chemistry 2012, 22, 23710-23725.
• [6] Górka J., Zawiślak A., Choma J., Jaroniec M., KOH activation of mesoporous carbons obtained by soft-templating, Carbon 2008, 46, 1159-1161.
• [7] Guo J., Lua A.Ch., Textural and chemical characterizations of activated carbon prepared from oil-palm stone with H2SO4 and KOH impregnation, Micropor. Mesopor. Matter. 1999, 32, 111-117.
• [8] Hu Z.H., Srinivasan M.P., Preparation of high-surface-area activated carbons from coconut shell, Micropor. Mesopor. Matter. 1999, 27, 11-18.
• [9] Otowa T., Nojima Y., Miyazaki T., Development of KOH activated high surface area carbon and its application to drinking water purification, Carbon 1997, 35, 1315-1319.
• [10] Khalili N.R., Campbell M., Sandi G., Golaś J., Production of micro- and mesoporous activated carbon from paper mill sludge I. Effect of zinc chloride activation, Carbon 2000, 38, 1905-1915.
• [11] Hu Z., Srinivasan M.P., Ni Y., Novel activation process for preparing highly microporous and mesoporous activated carbons, Carbon 2001, 39, 877-886.
• [12] El-Hendawy A.A.N., Samra S.E., Girgis B.S., Adsorption characteristics of activated carbons obtained from corncobs, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 2001, 180, 209-221.
• [13] Molina-Sabio M., Rodriguez-Reinoso F., Caturla F., Selles M.J., Porosity in granular carbons activated with phosphoric acid, Carbon 1996, 34, 1105-1113.
• [14] Wang H., Gao Q., Hu J., High hydrogen storage capacity of porous carbons prepared by using activated carbon, J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 7016-7022.
• [15] Hayashi J., Horikawa T., Muroyama K., Gomes V.G., Activated carbon from chickpea husk by chemical activation with K2CO3: preparation and characterization, Micropor. Mesopor. Matter. 2002, 55, 63-68.
• [16] Chen X.Y., Chen Ch., Zhang Z.J., Xie D.H., Deng X., Nitrogen-doped porous carbon prepared from urea formaldehyde resins by template carbonization method for supercapacitors, Ind. Eng. Chem. Res. 2013, 52, 10181-10188.
• [17] Pielichowski J., Puszyński A., Preparatyka polimerów, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne Teza, Kraków 2005.
• [18] Sing K.S.W., Everett D.H., W, Haul R.A., Moscou L., Pierotti R.A., Rouquerol J., Siemieniewska T., Reporting physisorption data for gas/solid systems, with special reference to the determination of surface area and porosity, Pure and Applied Chemistry 1985, 57, 603-619.
• [19] Brunauer S., Emmett P.H., Teller E., Adsorption of gases in multimolecular layers, J. Am. Chem. Soc. 1938, 60, 309-319.
• [20] Jaroniec M., Choma J., Characterization of activated carbons by distribution functions of adsorption potential and micropore dimension, Mater. Chem. Phys. 1987, 18, 103-117.
• [21] Jagiello J., Olivier J.P., 2D-NLDFT adsorption models for carbon slit-shaped pores with surface energetical heterogeneity and geometrical corrugation, Carbon 2013, 55, 70-80.
• [22] Jagiello J., Olivier J.P., Carbon slit pore model incorporating surface energetical heterogeneity and geometrical corrugation, Adsorption 2013, 19, 777-783.

Uwagi

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