Controlled preparation of nitrogen-doped hierarchical carbon cryogels derived from Phenolic-Based resin and their CO2 adsorption properties

吸附 碳化 三聚氰胺 微型多孔材料 碳纤维 比表面积 化学工程 氮气 材料科学 多孔性 甲醛 化学 活性炭 有机化学 复合材料 催化作用 工程类 复合数
作者
Yalan Zhou,Lu Luo,Yan Wen,Zeliang Li,Mizi Fan,Guanben Du,Weigang Zhao
出处
期刊:Energy [Elsevier BV]
卷期号:246: 123367-123367 被引量:34
标识
DOI:10.1016/j.energy.2022.123367
摘要

Nitrogen-doped hierarchical carbon cryogels with good monolithic structure are synthesized from phenol (P), melamine (M), and formaldehyde (F) by sol-gel, freeze-drying, and carbonization process with different molar ratios of F/(P + M). The synthesized cryogels have the characteristics of cost-effective and abundant hierarchical pores. The pore structures, chemical properties, and CO2 adsorption performance of the prepared carbon cryogels are investigated. The results reveal that the PF carbon cryogel without N doping shows poor porosity characteristics, which leads to lower CO2 adsorption performance. For the N-doped PMF carbon cryogels, with the increase in the molar ratio of F/(P + M), the specific surface area and micropore volume decreases from 1160.6 to 874.1 m2/g and from 0.47 to 0.35 cm3/g, respectively, indicating that a lower formaldehyde content is conducive to the formation of more micropores and higher specific surface area. The carbon cryogel PMF2.0 (F/(P + M) = 2.0) exhibits a CO2 adsorption capacity as high as 5.79 mmol/g, and it also has a high CO2/N2 adsorption selectivity (13.43) and isosteric adsorption heat (33.06 kJ/mol). Thus, the PMF carbon cryogel exhibits immense potential as an adsorbent for CO2 capture, and its excellent performance is attributed to the synergistic effect of N doping and abundant micropores with appropriate size.
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