Selektywność adsorpcji CO2/N2 na nanoporowatych węglach aktywnych

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

Warianty tytułu

EN

Adsorption selectivity of CO2/N2 on nanoporous active carbons

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Niektóre polimery, w tym polimery odpadowe, mogą być bardzo dobrymi prekursorami do otrzymywania porowatych węgli aktywnych. W pracy przedstawiono wyniki badania adsorpcji CO2 i N2 w przedziale temperatur od 0C do 60C pod ciśnieniem 0,005÷1,2 bar (w przypadku CO2) i 0,001÷1,2 bar (w przypadku N2) na jednym mezoporowatym i pięciu mikroporowatych węglach aktywnych otrzymanych z polimerów. Izotermy adsorpcji CO2 i N2 aproksymowano za pomocą równania wirialego i wyznaczono wartości jego współczynników. Na podstawie wartości pierwszego wirialnego współczynnika wyznaczono stałe Henry’go adsorpcji CO2 i N2 w przedziale temperatur od 0C do 60C, które następnie zastosowano do obliczenia selektywności adsorpcji CO2 względem N2 na badanych węglach. Stwierdzono, że wartości stałej Henry’ego adsorpcji CO2 były o rząd wielkości większe od wartości stałej Henry’ego adsorpcji N2. Duża wartość wyznaczonej na podstawie tych stałych selektywności adsorpcji CO2 w stosunku do N2 wskazuje na znacznie silniejsze oddziaływanie CO2 niż N2 z powierzchnią węgla aktywnego. Oznacza to, że badane nanoporowate materiały węglowe mogą być z powodzeniem stosowane do adsorpcji CO2, w tym także do adsorpcji CO2 ze strumienia gazów spalinowych zawierających między innymi azot.

EN

Some polymers, including waste polymers, are very good precursors for synthesis of porous carbons. Data for adsorption of CO2 and N2 at temperatures in the range from 0oC to 60oC and pressures ranging from 0.005 to 1.2 bar and 0.001 to 1.2 bar for CO2 and N2, respectively are presented for one ordered mesoporous and five microporous activated carbons obtained from polymers. Adsorption isotherms of CO2 and N2 were approximated by means of virial equation and used to determine its coefficients. The first virial coefficient was used to determine the Henry’s constants for CO2 and N2 adsorption at temperatures from 0oC to 60oC, then applied for calculation of adsorption selectivity of CO2 over N2 for the carbons studied. It was established that the value of Henry’s constant for CO2 adsorption is an order of a magnitude larger than the corresponding value of Henry’s constant for N2 adsorption. High adsorption selectivity value obtained on the basis of these constants for CO2 compared to N2 indicate much stronger interaction of CO2 with a carbon surface than that of N2. This would indicate that the nanoporous carbons under studies can be readily applied for adsorption of CO2, including CO2 adsorption from a stream of flue gas containing nitrogen.

Słowa kluczowe

PL

materiał węglowy; karbonizacja polimerów; temperatura adsorpcji; adsorpcja CO2/N2; selektywność

EN

carbon material; polymer carbonization; adsorption temperature; CO2/N2 adsorption; selectivity

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2016
• Tom: Vol. 38, nr 3
• Strony: 3--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Choma J.

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

autor

Stachurska K.

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

autor

Jaroniec M.

• Kent State University, Department of Chemistry and Biochemistry, Kent, Ohio 44-242 USA

Bibliografia

• 1.  Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.
• 2. C. GUNATHILAKE, M. JARONIEC: Mesoporous alumina-zirconia-organosilica composites for CO2 capture at ambient and elevated temperatures. Journal of Materials Chemistry A 2015, Vol. 3, pp. 2707–2716.
• 3. S.E. JEE, D.S. SHOLL: Carbon dioxide and methane transport in DDR zeolite: Insights from molecular simulations into carbon separations in small pore zeolites. Journal of the American Chemical Society 2009, Vol. 131, pp. 7896–7904.
• 4. J.C. HICKS, J.H. DRESE, D.J. FAUTH, M.L. GRAY, G. QI, C.W. JONES: Designing adsorbents for CO2 capture from gas-hyper-branched aminosilicas capable of capturing CO2 reversibly. Journal of the American Chemical Society 2008, Vol. 130, pp. 2902–2903.
• 5. K.S. WALTON, A.R. MILLWARD, D. DUBBELDAM, H. FROST, J.J. LOW, O.M. YAGHI, R.Q. SNURR: Understanding inflections and steps in carbon dioxide adsorption isotherms in metal-organic frameworks. Journal of the American Chemical Society 2008, Vol. 130, pp. 406–407.
• 6. G.P. HAO, W.C. LI, D. QIAN, A.H. LU: Rapid synthesis of nitrogen-doped porous carbon monolith for CO2 capture. Advanced Materials 2010, Vol. 22, pp. 853–857.
• 7. N.P. WICKRAMARATNE, M. JARONIEC: Activated carbon spheres for CO2 adsorption. ACS Applied Materials & Interfaces 2013, Vol. 5, pp. 1849–1855.
• 8. J. SILVESTRE-ALBERTO, A. WAHBY, A. SEPULVEDA-ESCRIBANO, M. MARTINEZ-ESCANDELL, K. KANEKO, F. RODRIGUEZ-REINOSO: Ultrahigh CO2 adsorption capacity on carbon molecular sieves at room temperature. Chemical Communications 2011, Vol. 47, pp. 6840–6842.
• 9. V. PRESSER, J. MCDONOUGH. S.H. YEON, Y. GOGOTSI: Effect of pore size on carbon dioxide sorption by carbide derived carbon. Energy Environmental Science 2011, Vol. 4, pp. 3059–3066.
• 10. X. HU, M. RADOSZ, K.A. CYCHOSZ, M. TOMMES: CO2-filling capacity and selectivity of carbon nanopores: Synthesis texture and pore-size distribution from quenched-solid density functional theory (QSDFT). Environmental Science & Technology 2011, Vol. 45, pp. 7068–7074.
• 11. L. WANG, R.T. YANG: Significantly increased CO2 adsorption performance of nanostructured templated carbon by tuning surface area and nitrogen doping. The Journal of Physical Chemistry C 2012, Vol. 116, pp. 1099–1106.
• 12. J. LUDWINOWICZ, M. JARONIEC: Potassium salt-assisted synthesis of highly microporous carbon spheres for CO2. Carbon 2015, Vol. 82, pp. 297–303.
• 13. 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.
• 14. J. CHOMA, Ł. OSUCHOWSKI, M. MARSZEWSKI, M. JARONIEC: Highly microporous polymer-based carbons for CO2 and H2 adsorption. RSC Advances 2014, Vol. 4, No. 28, pp. 14795–14802.
• 15. 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.
• 16. J. CHOMA, A. KALINOWSKA, K. JEDYNAK, M. JARONIEC: Ocena powtarzalności syntezy i właściwości adsorpcyjnych uporządkowanych mezoporowatych węgli otrzymanych metodą miękkiego odwzorowania (Reproducibility of the synthesis and adsorption properties of ordered mesoporous carbons obtained by the soft-templating method). Ochrona Środowiska 2012, vol. 34, nr 3, ss. 3–10.
• 17. J. CHOMA, K. STACHURSKA, A. DZIURA, M. JARONIEC: Opis adsorpcji dwutlenku węgla w różnych temperaturach na mikroporowatych węglach aktywnych (Description of carbon dioxide adsorption on microporous active carbons at different temperatures). Ochrona Środowiska 2016, vol. 38, nr 1, ss. 3–8.
• 18. J. CHOMA, K. STACHURSKA, M. MARSZEWSKI, M. JARONIEC: Equilibrium isotherms and isosteric heat for CO2 adsorption on nanoporous carbons from polymers. Adsorption 2016, Vol. 22, pp. 581–588.
• 19. S. YANG, X. LIN, W. LEWIS, M. SUYETIN, E. BICHOUTSKAJA, J.E. PARKER, C.C. TANG, D.R. ALLAN, P.J. RIZKALLAH, P. HUBBERSTEY, N.R. CHAMPNESS, K.M. THOMAS, A.J. BLAKE, M. SCHRÖDER: A partially interpenetrated metal-organic framework for selective hysteretic sorption of carbon dioxide. Nature Materials 2012, Vol. 11, pp. 710–716.
• 20. J.G. BELL, X. ZHAO, Y. UNGER, K.M. THOMAS: Adsorption of chloroaromatic models for dioxins on porous carbons: The influence of adsorbate structure and surface functional groups on surface interactions and adsorption kinetics. The Journal of Physical Chemistry C 2011, Vol. 115, pp. 2776–2789.