Formowanie struktury mezoporowatej w procesie aktywacji węgli modyfikowanych na drodze wymiany jonowej związkami wapnia i żelaza

• Autorzy: Grabowska-Lorenc E. , Gryglewicz G. , Klijanienko A.

Warianty tytułu

EN

Effect of coal modification by calcium and iron-exchange on the mesopore development in activated carbons

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Opracowano metodę otrzymywania węgli aktywnych o rozwiniętej strukturze mezoporowatej z węgli bitumicznych. Metoda polegała na karboni-zacji i aktywacji węgla parą wodną po jego modyfikacji polegającej na wytworzeniu grup jonowymiennych na powierzchni węgla, a następnie na wprowadzeniu kationów wapnia i żelaza na drodze wymiany jonowej. Wstępne badania przeprowadzono dla węgla brunatnego ze względu na jego naturalne zdolności kationowymienne. Wykazano, że dwustopniowa wymiana jonowa, najpierw z kationami wapnia, a następnie żelaza, jest skutecznym sposobem modyfikacji surowca dla otrzymywania materiałów mezoporowatych. W celu wygenerowania powierzchniowych grup jonowymiennych, węgiel gazowy poddano utlenianiu kwasem azotowym lub sulfonowaniu za pomocąkwasu siarkowego. Większą ilość grup jonowymiennych wytworzono na drodze sulfonowania (grupy sulfonowe i kar-boksylowe) niż utleniania (grupy karboksylowe). Zmiany strukturalne spowodowane obróbką kwasami badano stosując analizę elementarną, oznaczenie grup jonowymiennych i spektroskopię w podczerwieni FTIR. Węgle aktywne otrzymane z węgla gazowego zawierającego związane przez grupy jonowymienne wapń i żelazo charakteryzowały się dobrze rozwiniętą mezoporowatością. Udział mezoporów w teksturze wynosił 77-81 %, a ich objętość około 0,5 cm₃/g. Sulfonowanie i promowanie Ca/Fe prowadziło do otrzymania w procesie aktywacji węgla aktywnego, w którym blisko połowę stanowiły mezopory o szerokości 2-5 nm. W procesie aktywacji węgla utlenionego i promowanego Ca/Fe rozwijane były głównie pory o szerokości 10-50 nm. Dalsze rozwinięcie struktury mezoporowatej uzyskano, poddając końcowy produkt obróbce rozcieńczonym kwasem solnym.

EN

A method of producing of activated carbons from bituminous coals have been elaborated. Prior to carbonization and activation with steam, the coals were doped with calcium and iron by ion-exchange after generation of ion-exchangeable groups on the coal surface. A preliminary study was carried out using lignite which shows a natural cation-exchange ability. It was found that loading of the calcium exchanged coal with iron by ion-exchange process is an effective modification approach for producing mesoporous carbons. To generate ion-exchangeable surface groups, the gas coal was treated with nitric acid or sulfuric acid. A highest amount of ion-exchangeable groups were formed on sulfonation (sulfonic and carboxylic groups) than oxidation (carboxylic groups). Changes in the coal structure induced by both chemical acid modifications were followed by elemental analysis, FTIR spectroscopy and surface ion-exchangeable groups determination. The resulting activated carbons were characterized by well developed mesoporo-sity. The mesopore volumes were about 0,5 cm3/g, and mesopore contents in the range of 77-81 %. Sulfonation and Ca and Fe loadings produced activated carbons for which the mesopores with a pore size range of 2-5 ran constituted nearly half of total pore volume. The same loadings of nitric acid oxidized coal promoted the formation of larger pores, between 10 and 50 nm. A further enhancement of mesoporosity was achieved by hydrochloric acid washing of resultant activated carbons.

Słowa kluczowe

PL

węgiel kamienny; wprowadzanie związków żelaza i wapnia; wymiana jonowa; węgiel aktywny; porowatość

EN

coal; calcium and iron loading; ion exchange; activated carbon; porosity

• Wydawca: Wydawnictwo Górnicze Sp. z o.o.
• Czasopismo: Karbo
• Rocznik: 2004
• Tom: Nr 2
• Strony: 74--79
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz.

Twórcy

autor

Grabowska-Lorenc E.

• Instytut Chemii i Technologii Nafty i Węgla, Politechnika Wrocławska, ul. Gdańska 7/9, 50-344 Wrocław

autor

Gryglewicz G.

• Instytut Chemii i Technologii Nafty i Węgla, Politechnika Wrocławska, ul. Gdańska 7/9, 50-344 Wrocław

autor

Klijanienko A.

• Instytut Chemii i Technologii Nafty i Węgla, Politechnika Wrocławska, ul. Gdańska 7/9, 50-344 Wrocław

Bibliografia

• 1. Radovic L.R., Rodriquez-Reinoso F., Carbon materials in catalysis. Chemistry and Physics of Carbon, Marcel Dekker, New York, 2000, t. 25. s. 243.
• 2. Auer E., Freund A., Pietsch J., Tacke T., Applied Catalysis A: General, 1998, t. 173, s. 259.
• 3. Frąckowiak E., Beguin F., Carbon, 2001, t. 39, s. 937.
• 4. Gryglewicz G., Lorenc-Grabowska E., Lota G., Frąckowiak E., Machnikowski J., Proceedings of International Conference Carbon'03, CD-ROM, 2.17, Oviedo, 2003.
• 5. Rodriguez-Reinoso F., Fundamental issues in control of carbon gasification reactivity, Kluwer Academic, 1991, s. 533.
• 6. Marsh H., Rand B., Carbon, 1971, t. 9, s. 63.
• 7. Salinas-Martinez de Lecea C., Almela-Alarcon M. , Linares-Solano A., Fuel, 1990, t. 69, s. 21.
• 8. Oya A., Yoshida S., Alcaniz-Monge J., Linares-Solano A., Carbon, 1995, t. 33, s. 1085.
• 9. Liu Z., Ling L., Qiao W., Lu C., Wu D., Liu L., Carbon, 1999, t. 37, s. 1333.
• 10. Liu Z., Ling L., Qiao W., Liu L., Carbon, 1999, t. 37, s. 663.
• 11. Van Krevelen D.W., Coal. Typology-physics-chemistry-constitution. Elsevier, Amsterdam 1993.
• 12. Tomków K., Siemieniewska T., Albiniak A., Kaczmarczyk J., Raport IChiTNiW, Politechnika Wrocławska, SPR nr 692, 1990.