Pore structure of activated carbons from waste polymers

• Autorzy: Czepirski L. , Szczurowski J. , Bałys M. , Ciesińska W. , Makomaski G. , Zieliński J.

Warianty tytułu

PL

Struktura porowata węgli aktywnych z odpadowych tworzyw sztucznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Activated carbons are widely used in gas purification and separation, solvent recovery, wastewater treatment, etc. It is recognized that the pore structure is the most important property of activated carbons for their application in adsorption processes. Many investigations have been performed to explore novel raw materials (such as waste polymers) and to optimize the preparation conditions to obtain activated carbons with the desired porous properties. In this paper the preparation and characterization of activated carbons from poly(ethylene terephtalate), poly(methylene methacrylate), phenol/formaldehyde resin and coal-tar pitch was studied. The influence of the mass ratio pitch/polymer, carbonization conditions, as well as the activation agent used (steam, carbon dioxide, potassium hydroxide) on the characteristics of the samples were considered. The textural characteristics were studied by adsorption of gases and vapors. These allow to establish the influence of the experimental treatment parameters in the porous network of the samples. Moreover, the analysis of the adsorption data has been carried out by BET and Dubinin-Radushkevich (DR) equations as well as by the Monte Carlo (MC), Density Functional Theory (DFT) and Barrer-Joyner-Halenda’s methods. The results of these analysis were very consistent and permuted to determine the porous structure of the samples and also to identify the individual adsorption mechanism.

PL

Zwiększająca się ilość odpadowych tworzyw sztucznych stwarza wiele istotnych problemów technicznych, ekologicznych i ekonomicznych. Konieczność rozwiązywania powyższych problemów narzucają także obowiązujące przepisy prawne. Interesującym z poznawczego i utylitarnego punktu widzenia kierunkiem zagospodarowania niektórych odpadów polimerowych jest wytwarzanie z nich adsorbentów węglowych. Wysokie ceny i zmniejszająca się dostępność tradycyjnych źródeł surowcowych do produkcji adsorbentów węglowych powodują zainteresowanie możliwościami produkcji adsorbentów węglowych z surowców tańszych lub odpadowych (drewno, żywice jonowymienne, zużyte opony samochodowe, tworzywa sztuczne). Produkcja adsorbentów węglowych w powiązaniu z udoskonalaniem metod karbonizacji, aktywacji i modyfikacji może stanowić alternatywną drogę utylizacji tego typu odpadów. W pracy podjęto próbę wykorzystania odpadowego poli(tereftalanu etylenu), poli( metakrylanu metylu) i żywicy fenolowo-formaldehydowej oraz paku węglowego do otrzymywania adsorbentów węglowych. Serię kompozycji pakowo-polimerowych o różnym stosunku masowym pak/polimer poddawano karbonizacji w różnych warunkach (szybkość ogrzewania, końcowa temperatura karbonizacji, czas utrzymywania próbki w końcowej temperaturze karbonizacji), a następnie aktywacji przy użyciu różnych czynników aktywujących (para wodna, ditlenek węgla, alkalia). Teksturę porowatą uzyskanych próbek scharakteryzowano na podstawie pomiarów izoterm adsorpcji i desorpcji par azotu (77 K) oraz izoterm adsorpcji ditlenku węgla (273 K), wyznaczając wielkość powierzchni właściwej BET, parametry struktury mikroporowatej (objętość i rozkład objętości mikroporów metodą Monte Carlo i Density Functional Theory), rozkład objętości i powierzchni mezoporów wg Barrera-Joynera- Halendy. Wykazano, że rodzaj surowca, warunki karbonizacji i aktywacji oraz rodzaj czynnika aktywującego umożliwiają otrzymanie adsorbentu węglowego o pożądanym z punktu widzenia potencjalnych zastosowań rozkładzie porów.

Słowa kluczowe

EN

porous structure; activated carbon; waste polymers

PL

struktura porowata; węgiel aktywny; odpady z tworzyw sztucznych

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej
• Czasopismo: Inżynieria i Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2013
• Tom: T. 16, nr 3
• Strony: 353--359
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz.

Twórcy

autor

Czepirski L.

• AGH-University of Science and Technology, Faculty of Energy and Fuels al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Szczurowski J.

• AGH-University of Science and Technology, Faculty of Energy and Fuels al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Bałys M.

• AGH-University of Science and Technology, Faculty of Energy and Fuels al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Ciesińska W.

• Warsaw University of Technology, Institute of Chemistry in Płock ul. Łukasiewicza 17, 09-400 Płock

autor

Makomaski G.

• Warsaw University of Technology, Institute of Chemistry in Płock ul. Łukasiewicza 17, 09-400 Płock

autor

Zieliński J.

• Warsaw University of Technology, Institute of Chemistry in Płock ul. Łukasiewicza 17, 09-400 Płock

Bibliografia

• [1] Marsh H., Rodriguez-Reinoso F., Activated Carbon, Elsevier Science & Technology Books 2006.
• [2] Activated Carbon Surfaces in Environmental Remediation, ed. T.J. Bandosz, Elsevier Ltd. 2006.
• [3] Fei Lian, Baoshan Xing, Lingyan Zhu, Comparative study on composition, structure, and adsorption behavior of activated carbons derived from different synthetic waste polymers, Journal of Colloid and Interface Science 2011, 360, 725-730.
• [4] Ciesińska W., Makomaski G., Zieliński J., Brzozowska T., Preparation of sorbents from selected polymers, Polish Journal of Chemical Technology 2011, 13(1), 51-54.
• [5] Bratek W., Świątkowski A., Pakuła M., Biniak S. Bystrzejewski M., Szmigielski R., Characteristics of activated carbon prepared from waste PET by carbon dioxide activation, Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 2013, 100, 192-198.
• [6] Makomaski G., Zieliński J., Ciesińska W., Thermal properties of pitch-polymer compositions and derived activated carbons, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry 2012, 109, 767- -772.
• [7] NIST 2006, Porosity and Specific Surface Area Measurements for Solid Materials.
• [8] ISO 9277: 2010, Determination of the specific surface area of solids by gas adsorption - BET method.
• [9] ISO 15901-2: 2006, Pore size distribution and porosity of solid materials by mercury porosimetry and gas adsorption - Part 2: Analysis of mesopores and macropores by gas adsorption.
• [10] ISO 15901-3: 2007, Pore size distribution and porosity of solid materials by mercury porosimetry and gas adsorption - Part 3: Analysis of micropores by gas adsorption.