Charakterystyka energetycznej i strukturalnej niejednorodności węgli aktywnych metodą termodynamiczną

• Autorzy: Choma J.

Warianty tytułu

EN

Characterization of energetic and structural heterogeneity of active carbons by thermodynamic method

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Dla serii przemysłowych węgli aktywnych wyznaczono niskotemperaturowe (77 K) izotermy adsorpcji i desorpcji azotu w szerokim przedziale ciśnień względnych. Izotermy te wykorzystano do charakterystyki strukturalnych i powierzchniowych właściwości węgli aktywnych za pomocą metod BET, αs oraz termodynamicznej metody analizy funkcji rozkładu potencjału adsorpcyjnego. Charakterystyczne minima tego rozkładu wykorzystano do wyznaczenia całkowitej powierzchni właściwej i objętości mikroporów badanych węgli aktywnych. Termodynamiczna analiza funkcji rozkładu potencjału adsorpcyjnego wyznaczonych dla tych węgli potwierdza wielostopniowy mechanizm procesu adsorpcyjnego, który obejmuje tworzenie monowarstwy na powierzchni węglowej, całkowite zapełnienie mikroporów i równoczesne tworzenie wielowarstwy na powierzchni mezoporów, które kończy się ich kondensacyjnym zapełnieniem oraz obejmuje tworzenie wielowarstwy na powierzchni makroporów. Badane węgle aktywne wykazują znaczną strukturalną i energetyczną niejednorodność.

EN

Low temperature (77 K) nitrogen adsorption and desorption isotherms were measured for a series of commercial active carbons (EDB-40R, MED-FE, WG-15 from Gryfskand, Inc. Hajnowka, Poland, FILTRASORB from Calgon Carbon Co., Pittsburgh, PA, USA and WS-4 from Chemviron Carbon, Germany) over a wide range of relative pressures. Nitrogen adsorption measurements were collected for all carbons studied using an ASAP 2010 volumetric adsorption analyzer from Micromeritics, Norcross, GA, USA. This sorption analyzer is equipped with 1000, 10, and 1 Torr transducer, which allows for high accuracy and resolution of measurements, even at lowest accessible relative pressures (ca. 10-5). Nitrogen adsorption isotherms were used for characterization of structural and surface properties of these carbons by means of the BET method (evaluating SBET specific surface area) and α-plot method (evaluating the micropore volume Vαs mi and the specific mesopore surface area Sαs me) as well as the method based on the analysis of the adsorption potential distribution (thermodynamic method). Characteristic minima on this distribution were used to evaluate the total surface area St,X(A) and micropore volume VX(A) mi of the active carbons studied. Thermodynamic analysis of adsorption potential distributions measured for those carbons confirmed multistage adsorption mechanism, which includes the formation of monolayer on the carbon surface, the completion of volume filling of micropores and simultaneous formation of multilayer on the mesopore surface followed by the capillary condensation in mesopores and formation of multilayer on the macropores surface. The active carbon exhibits a significant structural and energetic heterogeneity.

Słowa kluczowe

PL

węgiel aktywny; struktura porowata; adsorpcja azotu; metoda termodynamiczna

EN

active carbon; porous structure; nitrogen adsorption; thermodynamic method

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2004
• Tom: T. 7, nr 3/4
• Strony: 291--304
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.

Twórcy

autor

Choma J.

• Akademia Świętokrzyska, Instytut Chemii, ul. Chęcińska 5, 25-020 Kielce

Bibliografia

• [1] Frysz C.A., Chung D.D.L., Improving the electrochemical behavior of carbon black and carbon filaments by oxidation, Carbon 1997, 35, 8, 1111-1127.
• [2] Frysz C.A., Shui X., Chung D.D.L., Electrochemical behavior of porous carbons, Carbon 1997, 35, 7, 893-916.
• [3] Mehandjiev D. Khristova M., Bekyarova E., Conversion of NO on Co-impregnated active carbon catalysts, Carbon 1996, 34, 6, 757-762.
• [4] Grzybek T., Pasel J., Papp H., Supported manganese catalysts for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides with ammonia. Part II: Catalytic experiments, Phys. Chem. Chem. Phys. 1999. 1.341-348.
• [5] Barbosa-Mota J.P., Rodrigues A.E., Saatdjian E., Tondeur D., Dynamics of natural gas adsorption storage systems employing activated carbon, Carbon 1997, 35, 9, 1259-1270.
• [6] Jankowska H., Świątkowski A., Choma J., Active Carbon, Horwood Eliss Ltd., Chichester 1991.
• [7] Pis J.J., Mahamud M., Pajares J.A., Parra J.B., Bansal R.C., Preparation of active carbons from coal. Part III: Activation of char, Fuel Proc. Technol. 1998, 57, 149-161.
• [8] Dubinin M.M., Adsorpcja i porowatość, WAT, Warszawa 1975.
• [9] Jaroniec M., Choma J., Theory of gas adsorption on structurally heterogeneous solids and its application for characterizing activated carbons, Chemistry and Physics of Carbon 1989, 22, 197-243.
• [10] Gregg S.J., Sing K.S.W., Adsorption, Surface Area and Porosity, Academic Press, London 1982.
• [11] Horvath G., Kawazoe K., Method for the calculation of effective pore size distribution in molecular sieve carbon, J. Chem. Eng. Japan 1983, 16, 6, 470-475.
• [12] Burevski D., Structural and energetic heterogeneities of microporous active carbons, Carbon 1997, 35, 7, 1001-1004.
• [13] Seredych M., Charmas B., Jabłońska-Pikus T., Gierak A., Preparation of synthetic carbon adsorbents and investigation on porous structure of obtained with a, method, Mater. Chem. Phys. 2003, 82, 165-172.
• [14] Sing K.S.W., Everett D.H., Haul R.A.W., 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 Appl. Chem. 1985, 57, 603-619.
• [15] Kruk M., Jaroniec M., Gadkaree K.P., Nitrogen adsorption studies of novel synthetic active carbons, J. Colloid Interface Sei. 1997, 192, 250-256.
• [16] Choma J., Jaroniec M., Termodynamiczna analiza porowatości węgli aktywnych, Karbo 2001, 46, 308-313.