Tuning porosity of coal-derived activated carbons for CO2 adsorption

微型多孔材料 吸附 活性炭 多孔性 体积热力学 材料科学 化学工程 碳纤维 产量(工程) 化学 有机化学 复合材料 热力学 复合数 物理 工程类
作者
Zhipeng Qie,Lijie Wang,Fei Sun,Huan Xiang,Hua Wang,Jihui Gao,Guangbo Zhao,Xiaolei Fan
出处
期刊:Frontiers of Chemical Science and Engineering [Higher Education Press]
卷期号:16 (9): 1345-1354 被引量:20
标识
DOI:10.1007/s11705-022-2155-1
摘要

A simple method was developed to tune the porosity of coal-derived activated carbons, which provided a model adsorbent system to investigate the volumetric CO2 adsorption performance. Specifically, the method involved the variation of the activation temperature in a K2CO3 induced chemical activation process which could yield activated carbons with defined microporous (< 2 nm, including ultra-microporous < 1 nm) and meso-microporous structures. CO2 adsorption isotherms revealed that the microporous activated carbon has the highest measured CO2 adsorption capacity (6.0 mmol·g−1 at 0 °C and 4.1 mmol·g−1 at 25 °C), whilst ultra-microporous activated carbon with a high packing density exhibited the highest normalized capacity with respect to packing volume (1.8 mmol·cm−3 at 0 °C and 1.3 mmol·cm−3 at 25 °C), which is significant. Both experimental correlation analysis and molecular dynamics simulation demonstrated that (i) volumetric CO2 adsorption capacity is directly proportional to the ultra-micropore volume, and (ii) an increase in micropore sizes is beneficial to improve the volumetric capacity, but may lead a low CO2 adsorption density and thus low pore space utilization efficiency. The adsorption experiments on the activated carbons established the criterion for designing CO2 adsorbents with high volumetric adsorption capacity.
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