Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Adsorpcja dwutlenku węgla na węglach aktywnych otrzymanych z prekursorów polimerowych

Choma J., Stachurska K., Osuchowski Ł., Dziura A., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2015

|

Vol. 37, nr 4

3--8

PL

Badaniom poddano serię węgli aktywnych otrzymanych z następujących polimerów, jako prekursorów węglowych: polipirolu, sulfonowanej żywicy styrenowo-diwinylobenzenowej, poliwęglanu, włókien Kevlar® oraz poli(fluorku winylidenu). Polimery te karbonizowano w atmosferze przepływającego azotu w temperaturze 350÷700oC, a następnie aktywowano za pomocą KOH w stosunku węgiel:KOH równym 1:5 lub 1:5 w temperaturze 700oC. Otrzymane węgle aktywne miały powierzchnię właściwą zawartą w przedziale 1810÷2920 m2/g, całkowitą objętość porów w przedziale 0,87÷1,64 cm3/g, objętość mikroporów i małych mezoporów w przedziale 1,07÷1,47 cm3/g oraz objętość ultramikroporów w przedziale 0,44÷0,72 cm3/g. W celach porównawczych badano również handlowy węgiel aktywny Filtrasorb 400. Parametry struktury porowatej otrzymanych węgli aktywnych były średnio około dwukrotnie większe od parametrów struktury porowatej węgla handlowego. Węgle aktywne otrzymane z polimerów charakteryzowały się dobrymi właściwościami adsorpcyjnymi względem dwutlenku węgla w temperaturze 0oC i pod ciśnieniem od około 2 mmHg do około 900 mmHg. Maksymalna ilość adsorbowanego dwutlenku węgla w tych warunkach zawarta była, dla wszystkich węgli otrzymanych z polimerów, w przedziale od 4,31 mmol/g do 7,58 mmol/g. Izotermy adsorpcji CO2 w całym przedziale ciśnień równowagowych opisano za pomocą równania Dubinina-Raduszkiewicza (DR), wyznaczając graniczną adsorpcję CO2 (ao) w mikroporach i stałą równania (B). Wykazano, że graniczna wartość adsorpcji CO2 wyznaczona za pomocą równania DR dobrze liniowo korelowała z objętością ultramikroporów wyznaczonych na podstawie funkcji rozkładu objętości porów metodą (DFT). Bardzo dobre właściwości adsorpcyjne otrzymanych węgli aktywnych z prekursorów polimerowych, w tym także z polimerów odpadowych, stwarzają potencjalne możliwości do adsorpcyjnego pochłaniania i przechowywania dwutlenku węgla.

EN

A series of activated carbons obtained from different polymers such as polypyrrole, sulfonated styrene divinylobenzene resin, polycarbonate, Kevlar® fibers, and poly(vinylidine fluoride) were included in the study. The polymeric precursors were carbonized in flowing nitrogen at a temperature from 350 to 700oC and activated with KOH at the carbon:KOH ratio of 1:4 and 1:5 at 700oC. Specific surface area of carbons obtained ranged from 1810 to 2920 m2/g, their total pore volume – from 0.87 to 1.64 cm3/g, volume of micropores and small mesopores – from 1.07 to 1.47 cm3/g, and finally the ultramicropore volume varied between 0.44 and 0.72 cm3/g. Additionally, the commercial activated carbon Filtrasorb 400 was studied for the comparison purposes. The porous structure parameters for the carbons studied were on average about twice as large as those of the commercial carbon Filtrasorb 400. The polymer-derived carbons showed high adsorption capacities toward carbon dioxide at 0oC and under the pressure from about 2 to 900 mmHg. The maximum capacity for carbon dioxide adsorption under the aforementioned conditions varied from 4.31 to 7.58 mmol/g. The CO2 adsorption isotherms were fitted by the Dubinin-Radushkevich (DR) equation to evaluate the maximum CO2 uptake (ao) by the micropores as well as the B constant. It was demonstrated that the maximum CO2 uptake calculated by the DR equation correlated well with the volume of ultramicropores determined on the basis of pore size distribution by the DFT (density functional theory) analysis. Very good adsorption properties of the carbons obtained from polymeric precursors, including polymeric wastes, render them potentially useful materials for capture and storage of carbon dioxide.

2

Właściwości adsorpcyjne węgli aktywnych otrzymanych z włókien Kevlar®

Choma J., Osuchowski Ł., Dziura A., Kwiatkowska-Wójcik W., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2014

|

Vol. 36, nr 4

3--8

PL

Z odpadowych włókien Kevlar® otrzymano serię czterech mikroporowatych materiałów węglowych za pomocą karbonizacji, a następnie aktywacji z użyciem KOH. Otrzymane pyłowe węgle aktywne charakteryzowały się dobrze rozwiniętą strukturą porowatą. Ich maksymalna powierzchnia właściwa wynosiła 2660 m2 /g, zaś całkowita objętość porów była równa 1,54 cm3 /g. Kontrolowany proces karbonizacji i aktywacji spowodował znaczący rozwój ultramikroporów i mikroporów, których objętość osiągała odpowiednio wartości 0,54 cm3 /g i 1,35 cm3 /g. Pomiary adsorpcji fizycznej wykazały następującą skuteczność adsorpcji: CO2 – 4,47 mmol/g (0°C, 800 mmHg) i 2,64 mmol/g (25°C, 850 mmHg), H2 – 21,4 mg/g (–196°C, 850 mmHg), CH4 – 1,21 mmol/g (20°C, 750 mmHg) oraz C6H6 – 17,3 mmol/g (20°C, p/p0≈1,0). Bardzo dobre właściwości adsorpcyjne mikroporowatych węgli aktywnych otrzymanych z odpadowych włókien Kevlar® wskazują, że mogą one być z powodzeniem wykorzystane w inżynierii środowiska do adsorpcji i przechowywania dwutlenku węgla oraz łatwo lotnych związków organicznych, a także znaleźć zastosowania związane z gromadzeniem i wykorzystaniem energii zaadsorbowanego wodoru.

EN

A series of four microporous carbons was obtained from Kevlar® fibers by carbonization followed by KOH activation. The resulting powdered activated carbons possessed a well-developed porous structure. Their maximum specific surface area was 2660 m2 /g while the total pore volume was of 1.54 cm3 /g. The controlled process of carbonization and activation led to a significant ultramicropore and micropore development, the volume of which reached 0.54 cm3 /g and 1.35 cm3 /g, respectively. Measurements of physical adsorption of different substances demonstrated the following adsorption efficacy: CO2 – 4.47 mmol/g (0 °C, 800 mmHg) and 2.68 mmol/g (25 °C, 850 mmHg), H2 – 21.4 mg/g (–196 °C, 850 mmHg), CH4 – 1.21 mmol/g (20 °C, 750 mmHg) and C6H6 – 17.3 mmol/g (20 °C, p/p0≈1.0). Very good adsorption properties of microporous carbons obtained from Kevlar® fibers indicated that they might be successfully used in environmental engineering for adsorption and storage of carbon dioxide as well as volatile organic compounds. Other applications are associated with storage and usage of the energy of adsorbed hydrogen.

3

Rozwijanie mikroporowatości w węglach mezoporowatych

Choma J., Jedynak K., Fahrenholz W., Ludwinowicz J., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2013

|

Vol. 35, nr 1

3--10

PL

Metodą miękkiego odwzorowania otrzymano, w obecności kwasu solnego lub kwasu cytrynowego, dwa mezoporowate węgle używając rezorcynolu i formaldehydu, jako prekursorów węglowych, oraz kopolimeru trójblokowego Pluronic F127, jako miękkiej matrycy. W celu rozwinięcia struktury mikroporowatej tak otrzymanych mezoporowatych węgli w trakcie ich syntezy dodano tetraetoksysilan (TEOS), a w końcowym etapie wytrawiono krzemionkę za pomocą roztworu NaOH. Druga metoda rozwijania mikroporowatości polegała na posyntezowej chemicznej aktywacji mezoporowatego węgla za pomocą KOH w temperaturze 700°C. Wykazano, że metoda z dodatkiem TEOS pozwoliła nie tylko na znaczne rozwinięcie mikroporowatości węgla, ale także na rozwinięcie jego mezoporowatości. Zastosowanie metody aktywacji za pomocą KOH spowodowało tylko znaczący rozwój mikroporowatości węgla, natomiast mezoporowatość uległa w znacznym stopniu zmniejszeniu (2÷4-krotnie) w stosunku do wyjściowych węgli mezoporowatych. Stwierdzono, że obie metody rozwijania mikroporowatości prowadziły do otrzymania węgli o bardzo dobrych parametrach strukturalnych. W najlepszym przypadku w metodzie z dodatkiem TEOS powierzchnia właściwa BET węgla wynosiła 1300 m2/g, a całkowita objętość porów ok. 1,4 cm3/g. W metodzie aktywacji za pomocą KOH powierzchnia właściwa węgla wynosiła natomiast ponad 2000 m2/g, a całkowita objętość porów ponad 1 cm3/g. Biorąc pod uwagę, że węgle otrzymane obiema metodami miały bardzo dobre właściwości adsorpcyjne, mogą być one z powodzeniem wykorzystywane w procesach adsorpcyjnego oczyszczania wody i powietrza.

EN

Mesoporous carbons were obtained in the presence of hydrochloric and citric acids via soft-templating method. Resorcinol and formaldehyde were used as carbon precursors and triblock copolymer Pluronic F127 as a soft template. Tetraethyl orthosilicate was introduced to the system in order to develop microporosity and sodium hydroxide at the final stage to etch the silica. After silica dissolution the expected increase in microporosity was observed; interestingly, the mesoporosity was also improved. Post-synthesis activation with KOH at 700°C was proposed as an alternative approach to develop additional microporosity. The treatment resulted in the increased microporosity; however, the mesoporosity significantly decreased (2 to 4 fold) in comparison to the initial values. Both methods were effective and led to the formation of additional microporosity. For instance, the sample obtained with addition of TEOS exhibited the BET specific surface area of 1300 m2/g and total pore volume of about 1.4 cm3/g. The post-synthesis activation resulted in the specific surface area over 2000 m2/g and total pore volume exceeding 1 cm3/g. Carbon materials obtained with both methods showed good adsorption properties, therefore, they are suitable for environmental applications such as water treatment and air purification.

4

Some factors influencing porosity development during KOH activation of various precursors

Kierzek K., Gryglewicz G., Machnikowski J.

Karbo

|

2004

|

Nr 1

47-51

EN

The study concerns the activation of various polymeric-type (coal) and carbonaceous (mcsophase, semi-coke) precursors with potassium hydroxide to better understand the effect of parent material and reaction variables on the porosity development. Physical mixtures of KOH and a precursor at 3:1,4:1 and 5:1 ratios were heat-treated in the temperature range of 600-900°C for 1 -5 h under argon flow. Porous texture parameters, which were calculated based on isotherms of adsorption / desorption of nitrogen at 77 K, include total pore and rnicroporc volumes, BET surface area, mesopore contribution and mean micropore width. Using suitable process conditions, highly porous carbons could be produced in the reaction with an excess of KOH of all the precursors. Activation of coal under drastic conditions (KOH/coal ratio 4:1, 800°C, 5 h) gave extremely porous material of pore volume 1,6 crrrVg, surface area 3150 m2/g and mesopore contribution 25 %. The use of mcsophase or semi-coke led, under these conditions, to essentially microporous high surface area carbons. Widening of pores was most noticeable effect of increasing the reaction temperature (600-900°C) or time (0,25-4 hours) during mesophase activation. No straight relationship occurred between these variables and pore volume and surface area. Full understanding the porosity generation during KOH activation requires considering the contribution of different gasification reactions which can occur under specific process conditions.

PL

Praca dotyczy aktywacji wodorotlenkiem potasu różnych surowców, zarówno typu polimerów (węgiel kamienny), jak i materiałów węglowych (mezofaza, półkoks) w celu pełniejszego poznania \vpiy\vu surowca i warunków aktywacji na rozwój porowatości. Mieszaniny KOH i odpowiedniego surowca w stosunku 3: 4: 1i 5:1 poddano obróbce termicznej w temperaturach w zakresie od 600 do 900°C przez 0,25 do 4 godzin w atmosferze argonu. Na podstawie izoterm sorpcji/desorpcji azotu w temperaturze 77 K wyznaczone parametry tekstury porowatej produktów reakcji: całkowitą objętość porów, objętość mikroporów, powierzchnię właściwą BET, udział objętości mezoporów i średni wymiar mikroporów. Z wszystkich surowców otrzymano w reakcji z nadmiarem KOH wysoko porowate materiały węglowe. Aktywacja węgla kamiennego w drastycznych warunkach (stosunek reagentów 4:1,800 stopni C, 5 h) pozwalała otrzymać materiały o szczególnie dużej porowatości, objętość porów 1 ,6 cm3/g, powierzchnia BET 3150 m2/g, udział mezoporów 25 %. Z mezofazy i półkoksów otrzymano przy takich parametrach procesu typowo rnikroporowate materiały. Najbardziej widocznym skutkiem wzrostu temperatury (600-900°C) lub czasu (0,25-4 h) aktywacji było zwiększenie wymiarów porów. Nie obserwowano natomiast wzrostu objętości i powierzchni w całym zakresie zmian tych parametrów.