Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Selektywność adsorpcji CO2/N2 na nanoporowatych węglach aktywnych

Choma J., Stachurska K., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2016

|

Vol. 38, nr 3

3--8

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.

2

Opis adsorpcji dwutlenku węgla w różnych temperaturach na mikroporowatych węglach aktywnych

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

Ochrona Środowiska

|

2016

|

Vol. 38, nr 1

3--8

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.

3

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.