CO2adsorption on crab shell derived activated carbons: contribution of micropores and nitrogen-containing groups

吸附 活性炭 微型多孔材料 选择性 X射线光电子能谱 氮气 化学 无机化学 碳纤维 有机化学 化学工程 材料科学 催化作用 复合数 工程类 复合材料
作者
Tao Chen,Shubo Deng,Bin Wang,Jun Huang,Yujue Wang,Gang Yu
出处
期刊:RSC Advances [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:5 (60): 48323-48330 被引量:83
标识
DOI:10.1039/c5ra04937g
摘要

Nitrogen-doped activated carbons with high and selective CO2 adsorption are attractive for carbon capture, but the contribution of nitrogen-containing groups to CO2 adsorption has not been clearly elucidated. In this study, crab shells are used as a carbon precursor for the preparation of effective N-containing activated carbons for CO2 adsorption. The activated carbon prepared at a KOH/C mass ratio of 1.5 and activation temperature of 650 °C has the highest CO2 adsorption of 1.57 mmol g−1 at 0.15 bar & 25 °C and 4.37 mmol g−1 at 1 bar & 25 °C. The activated carbon also exhibits better adsorption selectivity for CO2 than conventional activated carbons, and the content of pyrrolic-N in the activated carbons shows a positive relationship with CO2/N2 selectivity. The activated carbons prepared under different activation conditions contain 5.1–8.5% nitrogen in the form of pyridinic-N, pyrrolic-N, quaternary nitrogen, and pyridinic-N-oxide, accounting for at least 0.9–78.2% contribution to CO2 adsorption at 25 °C & 1 bar. About 45.1–47.3% of doped nitrogen is verified to be pyrrolic-N via X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis, which is effective for CO2 adsorption. However, the effective micropores are mainly responsible for CO2 adsorption on the well-developed activated carbons via a micropore filling mechanism.
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