Some factors influencing porosity development during KOH activation of various precursors

• Autorzy: Kierzek K. , Gryglewicz G. , Machnikowski J.

Warianty tytułu

PL

Niektóre czynniki wpływające na rozwój porowatości podczas aktywacji różnych surowców wodorotlenkiem potasu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study concerns the activation of various polymeric-type (coal) and carbonaceous (mcsophase, semi-coke) precursors with potassium hydroxide to better understand the effect of parent material and reaction variables on the porosity development. Physical mixtures of KOH and a precursor at 3:1,4:1 and 5:1 ratios were heat-treated in the temperature range of 600-900°C for 1 -5 h under argon flow. Porous texture parameters, which were calculated based on isotherms of adsorption / desorption of nitrogen at 77 K, include total pore and rnicroporc volumes, BET surface area, mesopore contribution and mean micropore width. Using suitable process conditions, highly porous carbons could be produced in the reaction with an excess of KOH of all the precursors. Activation of coal under drastic conditions (KOH/coal ratio 4:1, 800°C, 5 h) gave extremely porous material of pore volume 1,6 crrrVg, surface area 3150 m2/g and mesopore contribution 25 %. The use of mcsophase or semi-coke led, under these conditions, to essentially microporous high surface area carbons. Widening of pores was most noticeable effect of increasing the reaction temperature (600-900°C) or time (0,25-4 hours) during mesophase activation. No straight relationship occurred between these variables and pore volume and surface area. Full understanding the porosity generation during KOH activation requires considering the contribution of different gasification reactions which can occur under specific process conditions.

PL

Praca dotyczy aktywacji wodorotlenkiem potasu różnych surowców, zarówno typu polimerów (węgiel kamienny), jak i materiałów węglowych (mezofaza, półkoks) w celu pełniejszego poznania \vpiy\vu surowca i warunków aktywacji na rozwój porowatości. Mieszaniny KOH i odpowiedniego surowca w stosunku 3: 4: 1i 5:1 poddano obróbce termicznej w temperaturach w zakresie od 600 do 900°C przez 0,25 do 4 godzin w atmosferze argonu. Na podstawie izoterm sorpcji/desorpcji azotu w temperaturze 77 K wyznaczone parametry tekstury porowatej produktów reakcji: całkowitą objętość porów, objętość mikroporów, powierzchnię właściwą BET, udział objętości mezoporów i średni wymiar mikroporów. Z wszystkich surowców otrzymano w reakcji z nadmiarem KOH wysoko porowate materiały węglowe. Aktywacja węgla kamiennego w drastycznych warunkach (stosunek reagentów 4:1,800 stopni C, 5 h) pozwalała otrzymać materiały o szczególnie dużej porowatości, objętość porów 1 ,6 cm_{3/g, powierzchnia BET 3150 m2/g, udział mezoporów 25 %. Z mezofazy i półkoksów otrzymano przy takich parametrach procesu typowo rnikroporowate materiały. Najbardziej widocznym skutkiem wzrostu temperatury (600-900°C) lub czasu (0,25-4 h) aktywacji było zwiększenie wymiarów porów. Nie obserwowano natomiast wzrostu objętości i powierzchni w całym zakresie zmian tych parametrów.}

Słowa kluczowe

EN

coal-tar pitch; KOH activation; porosity

PL

węgiel; pak węglowy; aktywacja KOH; struktura porowata

• Wydawca: Wydawnictwo Górnicze Sp. z o.o.
• Czasopismo: Karbo
• Rocznik: 2004
• Tom: Nr 1
• Strony: 47--51
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz.

Twórcy

autor

Kierzek K.

• Institute of Chemistry and Technology of Petroleum and Coal, Wrocław University of Technology, Gdańska 7/9, 50-344 Wrocław

autor

Gryglewicz G.

• Institute of Chemistry and Technology of Petroleum and Coal, Wrocław University of Technology, Gdańska 7/9, 50-344 Wrocław

autor

Machnikowski J.

• Institute of Chemistry and Technology of Petroleum and Coal, Wrocław University of Technology, Gdańska 7/9, 50-344 Wrocław

Bibliografia

• 1. Marsh H., Yan D.S., O'Grady T.M., Wennerberg A., Formation of active carbons from cokes using potassium hydroxide. Carbon, 1984, vol. 22, p. 603.
• 2. Otowa T., Nojima Y., Miyazaki T., Development of KOH activated high surface area carbon and its application to drinking water purification. Carbon, 1997, vol. 35, p. 1315.
• 3. Ahmadpour A., Do D.D., The preparation of active carbons from coal by chemical and physical activation. Carbon, 1996, vol. 34, p. 471.
• 4. Yang S., Hu H., Chen G., Preparation of carbon adsorbents with high surface area and a model for calculating surface area. Carbon, 2002, vol. 40, p. 277.
• 5. Lozano-Castello D., Lillo-Rodenas M.A., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A., Preparation of activated carbons from Spanish anthracite. I. Activation with KOH. Carbon, 2001, vol. 39, p. 741.
• 6. Lozano-Castello D., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A., Can highly activated carbons be prepared with a homogeneous micropore size distribution. Fuel Proces. Technol., 2002, vol. 77-78, p. 325.
• 7. Lillo-Rodenas M.A., Carratala-Abril J., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A., Usefulness of chemically activated anthracite for the abatement of VOC at low concentrations. Fuel Proces. Technol., 2002, vol. 77-78,p. 331.
• 8. Chen X.S., McEnaney B., Mays T.J., Alcaniz-Monge J., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A., Theoretical and experimental studies of methane adsorption on microporous carbons. Carbon, 1997, vol. 35, p. 1251.
• 9. Shen Z., Xue R., Preparation of activated mesocarbon microbeads with high mesopore content. Fuel Proces. Technol., 2003, vol. 84, p. 95.
• 10. Hayashi J., Kazehaya A., Muroyama K., Watkinson A.P., Preparation of activated carbon from lignin by chemical activation. Carbon, 2000, vol. 38, p. 1873.
• 11. Teng H. , Wang S.C., Preparation of porous carbons from phenol-formaldehyde resins with chemical and physical activation. Carbon, 2000, t. 38, s. 817.
• 12. Evans M.J.B., Halliop E., MacDonald J.A.F., The production of chemically activated carbons. Carbon, 1999, vol. 37, p. 269.
• 13. Lozano-Castello D., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A., Quinn D.F., Influence of pore size distribution on methane storage at relatively low pressure: preparation of activated carbon with optimum pore size. Carbon, 2001, vol. 40, p. 989.
• 14. Lozano-Castello D., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A., Quinn D.F., Activated carbon monoliths for methane storage: influence of binder. Carbon, 2001, vol. 40, p. 2817.
• 15. Weng T.C., Teng H., Characterization of high porosity carbon electrodes derived from mesophase pitch for electric double-layer capacitors. J. Electrochem. Soc., 2001, vol. 148, p. 368.
• 16. Lozano-Castello D., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A., Shiraishi S., Kurihara H., Oya A., Influence of pore structure and surface chemistry on electric double layer capacitance in non-aqueous electrolyte. Carbon, 2003, vol. 41, p. 1765.
• 17. Kierzek K., Frackowiak E., Lota G., Gryglewicz G., Machnikowski J., Electrochemical capacitors based on highly porous carbons prepared by KOH activation. Electrochim. Acta, 2003, in press.
• 18. Lillo-Rodenas M.A., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A., Understanding chemical reactions between carbons and NaOH and KOH. An insight into the chemical activation mechanism. Carbon, 2003, vol. 41, p. 267.
• 19. Yamashita Y., Ouchi K., Influence of alkali on the carbonization process - I. Carbon, 1982, t. 20, s. 41.
• 20. Yamashita Y., Ouchi K., Influence of alkali on the carbonization process - II. Carbon, 1982, vol. 20, p. 47.
• 21. Ehrburger P., Addoun A., Addoun F., Donnet J.B., Carbonization of coals in the presence of alkaline hydroxides and carbonates: Formation of activated carbons. Fuel, 1986, vol. 65, p. 1447.
• 22. Machnikowski J., Gerus-Piasecka I., Kubica K., Machnikowska H., High softening point pitches produced by airblowing of QI-free coal-tar derived precursors. Pol.J.Chem.Tech., 2001, vol. 3, p. 11.
• 23. McEnaney B., Estimation of the dimensions of micropores in active carbons using the Dubinin-Radushkevich equation. Carbon, 1987, vol. 25, p. 69.