Wpływ wstępnego utlenienia karbonizatów węgla kamiennego t. 31 tlenem powietrza i kwasem azotowym na rozwinięcie struktury porowatej produktów ich aktywacji parą wodną

• Autorzy: Czechowski Franciszek , Błądek Henryk

Warianty tytułu

EN

Effect of preliminary oxidation of hard coal chars with air oxygen and nitric acid on the porous structure development of their steam activated products

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Węgiel kamienny rozdrobniony do ziarna < 0,2 mm (kopalnia Wesoła, Górnośląskie Zagłębie Węglowe) oraz otrzymane karbonizaty wyjściowe w temperaturach 500, 700 i 900°C wstępnie utleniono tlenem powietrza oraz 65% kwasem azotowym. Scharakteryzowano ilościowo-jakościowe zmiany wydzielanych tlenków węgla podczas utleniania węgla i karbonizatów kwasem azotowym. Węgiel i karbonizaty oraz stałe produkty ich wstępnego utlenienia granulowano z lepiszczem smoły drzewnej. Węgiel i karbonizaty wyjściowe oraz utlenione, jak też ich odpowiedniki granulowane, karbonizowano wtórnie w temperaturze 900°C oraz aktywowano parą wodną do określonego ubytku masy. Rozwinięcie struktury porowatej karbonizatów wtórnych oraz aktywatów określono w oparciu o ich zdolność sorpcyjną ditlenku węgla i par benzenu. Stwierdzono, że na rozwinięcie struktury porowatej aktywatów wpływ ma rodzaj czynnika utleniającego użytego do wstępnego utlenienia węgla i karbonizatów oraz końcowa temperatura karbonizacji. Wstępne utlenienie węgla i karbonizatów tlenem powietrza prowadzi do stopniowego obniżania się parametrów struktury porowatej aktywatów wraz ze wzrostem końcowej temperatury karbonizacji węgla. Przeciwny kierunek zmian rozwinięcia struktury porowatej aktywatów stwierdzono dla odpowiednich materiałów wstępnie utlenionych kwasem azotowym. Wartości parametrów struktury porowatej aktywatów otrzymanych z utlenionych kwasem azotowym karbonizatów 700 i 900°C przewyższają odpowiednie wartości dla aktywatu otrzymanego z nieutlenionego karbonizatu 900°C. Większą mikroporowatość wykazują aktywaty otrzymane z karbonizatów utlenionych kwasem azotowym. Tendencje zmian parametrów struktury porowatej odpowiadających sobie aktywatów pylistych i granulowanych są zbieżne.

EN

Bituminous coal powdered to grain size < 0.2 mm (the Wesoła mine, the Upper Silesian Coal Basin) and obtained carbonizates at the temperatures of 500, 700 and 900°C, were preliminarily oxidized with air oxygen and 65% nitric acid. The quantitative and qualitative changes of the released carbon oxides during the oxidation of coal and carbonizates with nitric acid were characterized. Coal and carbonizates as well as solid products of their preliminary oxidation were granulated with a wood tar binder. The raw and oxidized coal and carbonizates and their granulated counterparts were secondary carbonized at the temperature of 900°C and further activated with steam to a specified value of weight loss. The development of the porous structure of the secondary carbonizates and the activates was assessed on the basis of their sorption capacity towards carbon dioxide and benzene vapors. It was found that the development of the activates porous structure is influenced by the type of oxidizing agent used for the preliminary oxidation of the coal and carbonizates as well as the final carbonization temperature. Preliminary oxidation of coal and carbonizates with air oxygen leads to a gradual decrease of the activates porous structure parameters with the increase of the final coal carbonization temperature. The opposite trend of the activates porous structure development was found for the corresponding materials preliminarily oxidized with nitric acid. The values of the porous structure parameters of the activates obtained from oxidized with nitric acid carbonizates 700 and 900°C exceed the corresponding values for the activate obtained from preliminarily non-oxidized carbonizate 900°C. Greater microporosity demonstrate activates obtained from chars oxidized with nitric acid. The trends in the porous structure parameters changes of the corresponding powdery and granular activates are convergent.

Słowa kluczowe

PL

węgiel kamienny; karbonizat; utlenianie O2 powietrza i HNO3; aktywacja parą wodną; aktywaty; struktura porowata

EN

bituminous coal; carbonizate; oxidation with air O2 and HNO3; activation with water vapor; activates; porous structure

• Wydawca: Instytut Górnictwa Odkrywkowego "Poltegor-Instytut"
• Czasopismo: Górnictwo Odkrywkowe
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 62, nr 4
• Strony: 4--16
• Opis fizyczny: Bibliogr. 50 poz.

Twórcy

autor

Czechowski Franciszek

• Instytut Nauk Geologicznych, Uniwersytet Wrocławski, Wrocław

autor

Błądek Henryk

• Wałbrzyskie Zakłady Koksownicze „Victoria” S.A., Wrocław

Bibliografia

• [1] Buczek B., Czepirski L.: - Adsorbenty węglowe - surowce, otrzymywanie, zastosowanie. Gospodarka Surowcami Mineralnymi 2001, 17, 29-61.
• [2] Nowicki P.: - The effect of mineral matter on the physicochemical and sorption properties of brown coal-based activated carbons. Adsorption 2016, 22(4-6), 561-569.
• [3] Lozano-Castello D., Lillo-Rodenas M.A., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A.: - Preparation of activated carbons from Spanish anthracite. In. Activation by KOH. Carbon 2001, 39, 741-749.
• [4] Wang T., Tan S., Liang Ch.: - Preparation and characterization of activated carbon from wood via microwave-induced ZnCl2 activation. Carbon 2009, 47(7), 1880-1883.
• [5] Khadiran T., Hussein M.Z., Zainal Z., Rusli R.: - Activated carbon derived from peat soil as a framework for the preparation of shape-stabilized phase change material. Energy 2015, 82, 468-478.
• [6] Gratuito M.K.B., Panyathanmaporn T., Chumnanklang R. A., Sirinuntawittaya N., Dutta A.: - Production of activated carbon from coconut shell: optimization using response surface methodology. Bioresource Technology 2008, 99, 4887-4895.
• [7] Bansal R.C., Goyal M.: - Activated Carbon Adsorption. Taylor & Francis Group, Boca Raton 2005.
• [8] Bandosz T.J.: - Activated Carbon Surfaces in Environmental Remediation. Elsevier, Ltd, Oxford 2006.
• [9] Serp P., Figueiredo J.L.: - Carbon Materials for Catalysis. Wiley, New Jersey 2009.
• [10] Figueiredo J.L., Pereira M.F.R.: - The role of surface chemistry in catalysis with carbons. Catalysis Today 2010, 150, 2-7.
• [11] Auer E., Freund A., Pietsch J., Tacke T.: - Carbons as supports for industrial precious metals catalysts. Applied Catalysis A: General 1998, 173, 259-271.
• [12] Rodriguez-Reinoso F.: - The role of carbon materials in heterogeneous catalysis. Carbon 1998, 36, 159-175.
• [13] Czechowski F., Klimkiewicz R.: - Dwutlenek toru i dwutlenek ceru osadzone na nośnikach węglowych oraz dotowane rodem jako katalizatory transformacji butan-1-olu. Górnictwo Odkrywkowe 2020, 4, 10-20.
• [14] Pietrzak R., Jurewicz K., Nowicki P., Babeł K., Wachowska H.: - Nitrogen-enriched bituminous coal based active carbons as materials for supercapacitors. Fuel 2010, 89, 3457-3467.
• [15] Jankowska H., Świątkowski A., Choma J.: - Węgiel aktywny. WNT, Warszawa 1985.
• [16] Cooney D.O.: - Activated Charcoal: Antidotal and other Medical Uses. Dekker, NY., New York 1980.
• [17] Burchell T.D.: - Carbon Materials for Advanced Technologies. Elsevier Ltd. 1999.
• [18] Buczek B., Czepirski L.: - Kształtowanie właściwości węgla aktywnego pod kątem przydatności do magazynowania paliw. Inżynieria i Ochrona Środowiska 2000, 3-4, 299-306.
• [19] 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 2002, 40, 989 - 1002.
• [20] Almansа С., Molina-Sabio M., Rodrýguez-Reinoso F.: - Adsorption of methane into ZnCl2-activated carbon derived discs. Microporous and Mesoporous Materials 2004, 76, 185-191.
• [21] Bastos-Neto M., Canabrava D.V., Torres A.E., Rodriguez-Castellon E., Jimenez-Lopez В., Azevedo D.C.S., Cavalcante Jr. C.L.: - Effects of textural and surface characteristics of microporous activated carbons on the methane adsorption capacity at high pressures. Applied Surface Science 2007, 253, 5721-5725.
• [22] Lozano-Castello D., Alcaniz-Monge J., de la Casa-Lillo M.A., Cazorla-Amoros D., Linares-Solano A.: - Advances in the study of methane storage in porous carbonaceous materials. Fuel 2002, 81, 1777-1803.
• [23] Texier-Mandoki N., Dentzer J., Piquero T., Saadallah S., David P., Vix-Guterl C.:- Hydrogen storage in activated carbon materials: Role of the nanoporous texture. Carbon 2004, 42, 2735-2737.
• [24] Molina-Sabio M., Almansa С., Rodrýguez-Reinoso F.: - Phosphoric acid activated carbon discs for methane adsorption. Carbon 2003, 41, 2113.
• [25] Marsh H., Heintz E.A., Rodríguez-Reinoso F.: - Activated Carbon: Structure characterization, preparation and applications. In: Introduction to Carbon Technologies. University of Alicante, Spain 1997, 35-102.
• [26] Marsch H., Rodriguez-Reinoso F.: - Activated Carbon. Elsevier Ltd.. 2006.
• [27] Marsh H., Menedez R.: - Mechanism of formation of isotropic and anisotropic carbons. In: Introduction to Carbon Science. Butterworths, London 1989, 37-73.
• [28] Byrne J.F., Marsh H.: - Introductory overview. In: Porosity in carbons (ed. Patrick J.W.). Arnold Edward, London 1995, 1-48.
• [29] Rodrigues-Reinoso F., Molina-Sabio M., Gonzalez M.T.: - The use of steam and CO2 as activating agents in the preparation of activated carbons. Carbon 1995, 33, 15-23.
• [30] Lu Q., Do D.D.: - A kinetic study of coal reject-devided char activation with CO2, H2O and air. Carbon 1992, 30, 21-29.
• [31] Tomków K., Siemieniewska T., Czechowski F., Jankowska A.: - Formation of porous structures in activated brown-coal chars using O2, CO2 and H2O as activating agents. Fuel 1977, 56, 121-124.
• [32] Otake Y., Jenkins N. G.: - Characterization of oxygen-containing surface complexes created on a microporous carbon by air and nitric acid treatment. Carbon 1993, 31, 109-121.
• [33] Moreno-Castilla C., Lopez-Ramon M.V., Carrasco-Marin F.: - Changes in surface chemistry of activated carbons by wet oxidation, Carbon 2000, 38, 1995-2001.
• [34] Kienle von H., Bäder E.: - Aktivkohle und ihre industrielle anwedung. FEV Stuttgart, 1980.
• [35] Li C, Suzuki K.: - Resources, properties and utilization of tar. Resour Conserv Recycl. 2010, 54(11), 905-915
• [36] Pendyal, B., Johns M.M., Marshall W.E., Ahmedna M., Rao R.M.: - The effect of binders and agricultural by-products on physical and chemical properties of granular activated carbons. Bioresource Technology 1999, 68, 247-254.
• [37] Tomków K.,, Jankowska A., Czechowski F., Siemieniewska T.: - Activation of brown coal chars with oxygen. Fuel 1977, 56, 101-106.
• [38] Tomków K., Siemieniewska T., Jankowska A., Czechowski F.: - Multi-stage activation of brown coal chars with oxygen. Fuel 1977, 56, 266-270.
• [39] Tomków K.: - Zestaw automatycznej, rejestrującej aparatury termograwimetrycznej do badań procesów karbochemicznych. Prace Naukowe Instytutu Chemii i Technologii Nafty i Węgla Politechniki Wrocławskiej, seria K. 1975, 25, 183-192.
• [40] McBain J.W. and Baker A.M.: - A new sorption balance. Journal of the American Chemical Society 1926, 48, 690-695.
• [41] Sing K.S.W., Everett D.H., Haul R.A.W., Moscou L., Pierotti P.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.
• [42] Dubinin M.M., Stoeckli H.F.: - Homogenous and heterogeneous micropore structures in carbonaceous adsorbents. Journal of Colloid and Interface Science 1980, 75, 34-42.
• [43] Dubinin M.M.: - Adsorption properties and microporous structure of carbonaceous adsorbents. Carbon 1987, 25, 593-598.
• [44] Stoeckli H.F.: - Microporous carbons and their characterization: The present state of the art. Carbon 1990, 28, 1-6.
• [45] Brunauer S., Emmett P.H., Teller E.: - Adsorption of Gases in Mulitmolecular Layers. Journal of the American Chemical Society 1938, 60, 309 - 319.
• [46] Kankare J., Jüntti O.: - The determination of pore structure from physical adsorption isotherms. Part II. Digital computer program. Soumen Kemistilehti 1967, B-4G, 51-53.
• [47] Dubinin M.M.: - Porous structure and adsorption properties of active carbon. In: Chemistry and Physics of Carbon, Ed. P.L. Walker Jr, London and New York, 1966, 51.
• [48] Dubinin M.M.: - The potential theory of adsorption of gases and vapors for adsorbents with energetically nonuniform surface. Chemical Reviews 1960, 60, 235-241.
• [49] Marsh H. and Siemieniewska T.: - Adsorption of Carbon Dioxide on Carbonized Anthracite. Interpretation by Dubinin Theory. Fuel 1967, 46, 441-457.
• [50] McEnaney B.: - Estimation of the dimensions of micropores in active carbons using the Dubinin-Radushkevich equation. Carbon 1987, 25, 69-76.