Opis adsorpcji dwutlenku węgla w różnych temperaturach na mikroporowatych węglach aktywnych

• Autorzy: Choma J. , Stachurska K. , Dziura A. , Jaroniec M.

Warianty tytułu

EN

Description of carbon dioxide adsorption on microporous active carbons at different temperatures

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wykazano, że węgle aktywne otrzymane w wyniku karbonizacji i aktywacji prekursorów polimerowych za pomocą wodorotlenku potasu lub szczawianu potasu charakteryzują się bardzo dobrze rozwiniętą strukturą porowatą, w tym w szczególności strukturą mikroporowatą. Otrzymane węgle aktywne miały powierzchnię właściwą (SBET) zawartą w przedziale od 1800 m2/g do około 3000 m2/g, całkowitą objętość porów w przedziale od 0,87 cm3/g do 1,64 cm3/g oraz objętość mikroporów w zakresie od 0,78 cm3/g do 1,47 cm3/g. W badaniach węgli aktywnych otrzymanych z polimerów, a także – w celach porównawczych – handlowego węgla Filtrasorb 400, wyznaczono izotermy adsorpcji CO2 w temperaturach 0°C, 10°C, 20°C, 25°C, 30°C, 40°C, 50°C i 60°C w przedziale ciśnień równowagowych od około 2 mmHg do około 900 mmHg. Izotermy te opisano za pomocą dwóch dobrze znanych równań z teorii objętościowego zapełniania mikroporów – Dubinina-Raduszkiewicza (DR) oraz Jarońca-Chomy (JC) z bardzo dobrą dokładnością. Na podstawie stwierdzonej liniowej zależności parametrów tych równań od temperatury można obliczyć izotermy adsorpcji CO2 na danym węglu aktywnym w dowolnej temperaturze zawartej w przedziale od 0°C do 60°C, a nawet w bliskiej odległości poza tym przedziałem. Najlepszymi właściwościami adsorpcyjnymi względem CO2 charakteryzował się węgiel aktywny otrzymany z polipirolu. Ilość zaadsorbowanego CO2 w temperaturze 0°C pod ciśnieniem około 900 mmHg wynosiła 7,58 mmol/g, natomiast w temperaturze 60°C pod tym samym ciśnieniem – 2,14 mmol/g.

EN

Active carbons obtained by carbonization and activation of selected polymers with potassium hydroxide and potassium oxalate were demonstrated to possess very well developed porous, in particular microporous, structures. Specific surface area (SBET) of the resulting carbons ranged from 1800 m2/g to about 3000 m2/g, total pore volume – from 0.87 cm3/g to 1.64 cm3/g and micropore volume – from 0.78 cm3/g to 1.47 cm3/g. CO2 adsorption isotherms were measured for polymer-derived active carbons and for comparison purposes for the commercial carbon Filtrasorb 400 at different temperatures: 0°C, 10°C, 20°C, 25°C, 30°C, 40°C, 50°C and 60°C in the pressure range from about 2 mmHg to about 900 mmHg. These experimental isotherms were very well described by using the two well-known equations in the theory of volume filling of micropores, namely Dubinin-Radushkevich (DR) and Jaroniec-Choma (JC) equations. The temperature-dependent linear relationships of the equation parameters can be used to calculate the CO2 adsorption for a given carbon at an arbitrary temperature between 0°C and 60°C, and even slightly beyond this range. The best adsorption properties with respect to CO2 were reported for the polypyrrole-derived active carbon. The amount of CO2 it adsorbed at 0°C and under 900 mmHg was 7.58 mmol/g, and 2.14 mmol/g at 60 °C.

Słowa kluczowe

PL

karbonizacja polimerów; aktywacja; temperatura adsorpcji; objętość porów; węgiel mikroporowaty

EN

polymer carbonization; activation; adsorption temperature; pore volume; microporous carbon

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 38, nr 1
• Strony: 3--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Choma J.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Nowych Technologii i Chemii, ul. generała S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

autor

Stachurska K.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Nowych Technologii i Chemii, ul. generała S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

autor

Dziura A.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Nowych Technologii i Chemii, ul. generała S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

autor

Jaroniec M.

• Kent State University, Department of Chemistry and Biochemistry, Kent, Ohio 44242, USA

Bibliografia

• 1. A.S. ELLO, L.K.C. de SOUZA, A. TROKOUREY, M. JARONIEC: Development of microporous carbons for CO2 capture by KOH activation of African palm shells. Journal of CO2 Utilization 2013, Vol. 2, pp. 35–38.
• 2. S. CHOI, J.H. DRESE, C.H. JONES: Adsorbent materials for carbon dioxide capture from large anthropogenic point sources. ChemSusChem 2009, Vol. 2, pp. 796–854.
• 3. Z.H. LEE, K.T. LEE, S. BHATIA, A.R. MOHAMED: Post-combustion carbon dioxide capture: Evolution towards utilization of nanomaterials. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2012, Vol. 16, pp. 2599–2609.
• 4. J. LIU, P.K. THALLAPALLY, B.P. MCGRAIL, D.R. BROWN, J. LIU: Progress in adsorption-based CO2 capture by metal-organic frameworks. Chemical Society Reviews 2012, Vol. 41, pp. 2308–2322.
• 5. Y. ZHAO, M. SEREDYCH, Q. ZHONG, T.J. BANDOSZ: Superior performance of copper based MOF and aminated graphite oxide composites of CO2 adsorbents at room temperature. ACS Applied Materials and Interfaces 2013, Vol. 5, pp. 4951–4959.
• 6. Q. LIU, T. PHAM, M.D. POROSOFF, R.F. LOBO: ZK-5: A CO2-selective zeolite with high working capacity at ambient temperature and pressure. ChemSusChem 2012, Vol. 5, pp. 2237–2242.
• 7. J. QIAN, F. JIANG, D. YUAN, M. WU, S. ZHANG, L. ZHANG, M. HONG: Highly selective carbon dioxide adsorption in a water-stable indium-organic framework material. Chemical Communications 2012, Vol. 48, pp. 9696–9698.
• 8. A.L. KHAN, C. KLAYSOM, A. GAHLAUT, X. LI, I.F.J. VANKELECOM: SPEEK and functionalized mesoporous MCM-41 mixed matrix membranes for CO2 separation. Journal of Materials Chemistry 2012, Vol. 22, pp. 20057–20064.
• 9. L. LI, T. WANG, Q. LIU, Y. CAO, J. QIU: A high CO2 permselective mesoporous silica/carbon composite membrane for CO2 separation. Carbon 2012, Vol. 50, pp. 5186–5195.
• 10. J. CHOMA, Ł. OSUCHOWSKI, M. JARONIEC: Właściwości i zastosowanie węgli aktywnych otrzymywanych z materiałów polimerowych (Properties and applications of activated carbons obtained from polymeric materials). Ochrona Środowiska 2014, vol. 36, nr 2, ss. 3–16.
• 11. Z. YONG, V. MATA, A.E. RODRIGUES: Adsorption of carbon dioxide at high temperature – a review. Separation and Purification Technology 2002, Vol. 26, pp. 195–205.
• 12. B. GUO, L. CHANG, K. XIE: Adsorption on carbon dioxide on activated carbon. Journal of Natural Gas Chemistry 2006, Vol. 15, pp. 223–229.
• 13. D. CAZORLA-AMOROS, J. ALCANIZ-MONGE, M.A. de la CASA-LILLO, A. LINARES-SOLANO: CO2 as an adsorptive to characterize carbon molecular sieves and activated carbons. Langmuir 1998, Vol. 14, pp. 4589–4596.
• 14. A. LINARES-SOLANO, C. SALINAS-MARTINEZ de LECEA, J. ALCANIZ-MONGE, D. CAZORLA-AMOROS: Further advances in the characterization of microporous carbons by physical adsorption of gases. Tanso 1998, Vol. 185, pp. 316–325.
• 15. D. LOZANO-CASTELLO, D. CAZORLA-AMOROS, A. LINARES-SOLANO: Usefulness of CO2 adsorption at 273 K for the characterization of porous carbons. Carbon 2004, Vol. 42, pp. 1231–1236.
• 16. K. LASZLO, A. BOTA, L. NAGY, I. CABASSO: Porous carbon from polymer waste materials. Colloids and Surfaces A 1999, Vol. 151, pp. 311–320.
• 17. K. BRATEK, W. BRATEK, M. KALUZYNSKI: Carbon adsorbents from waste ion-exchange resin. Carbon 2002, Vol. 40, pp. 2213–2220.
• 18. J. CHOMA, Ł. OSUCHOWSKI, M. MARSZEWSKI, M. JARONIEC: Highly microporous polymer-based carbons for CO2 and H2 adsorption. RSC Advances 2014, Vol. 4, pp. 14795–14802.
• 19. J. CHOMA, M. MARSZEWSKI, L. OSUCHOWSKI, J. JAGIELLO, A. DZIURA, M. JARONIEC: Adsorption properties of activated carbons prepared from waste CDs and DVDs. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2015, Vol. 3, pp. 733–742.
• 20. M.T. KARTEL, N.V. SYCH, M.M. TSYBA, V.V. STRELKO: Preparation of porous carbons by chemical activation of polyethylene-terephtalate. Carbon 2006, Vol. 44, pp. 1019–1022.
• 21. A. ESFANDIARI, T. KAGHAZCHI, M. SOLEIMANI: Preparation and evaluation of activated carbons obtained by physical activation of polyethyleneterephtalate (PET) wastes. Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers 2012, Vol. 43, pp. 631–637.
• 22. W. BRATEK, A. SWIATKOWSKI, M. PAKULA, A. BINIAK, M. BYSTRZEJEWSKI, R. SZMIGIELSKI: Characteristics of activated carbon prepared from waste PET by carbon dioxide activation. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 2013, Vol. 100, pp. 192–198.
• 23. L. CZEPIRSKI, J. SZCZUROWSKI, M. BAŁYS, W. CIESIŃSKA, G. MAKOMASKI, J. ZIELIŃSKI: Pore structure of activated carbons from waste polymers. Inżynieria i Ochrona Środowiska 2013, vol. 16, ss. 353–359.
• 24. J. LUDWINOWICZ, M. JARONIEC: Potassium salt-assisted synthesis of highly microporous carbon spheres for CO2 adsorption. Carbon 2015, Vol. 82, pp. 297–303.
• 25. M.M. DUBININ: Physical adsorption of gases and vapors in micropores. Progress in Surface and Membrane Science 1975, Vol. 9, pp. 1–70.
• 26. M. JARONIEC, J. CHOMA: Characterization of heterogeneity of activated carbons by utilizing the benzene adsorption data. Materials Chemistry and Physics 1986, Vol. 15, pp. 521–536.
• 27. J. CHOMA, K. STACHURSKA, Ł. OSUCHOWSKI, A. DZIURA, M. JARONIEC: Adsorpcja dwutlenku węgla na węglach aktywnych otrzymanych z prekursorów polimerowych (Carbon dioxide adsorption on activated carbons obtained from polymeric precursors). Ochrona Środowiska 2015, vol. 37, nr 4, ss. 3–8.