Węgle aktywne z tworzywa mocznikowo-formaldehydowego: synteza i badanie właściwości adsorpcyjnych

In this work the synthesis of porous carbon through one-step process of carbonization and activation was described. As a carbon precursor synthetized urea-formaldehyde resin was used. The activator in the process was potassium citrate. Its effectiveness has been tested at three weight ratios from 4:1, 5:1 to 6:1 w/w activator to precursor at three different temperatures. The resulting activated carbons had specific surface area in the range of 600÷2560 m²/g, total pore volume in the range of 0.35÷1.50 cm³/g, volume of small micropores in the range 0.17÷0.62 cm³/g, and volume of micropores and small mesopores in the range 0.23÷0.91 cm³/g. The resulting carbons showed good adsorption properties toward carbon dioxide and benzene. The best uptakes for these adsorptives were 6.8 mmol·g^-1 of CO₂ at 0°C and 800 mmHg, 3.69 mmol·g^-1 of CO₂ at 25°C and 800 mmHg, 20.8 mg/g H₂ at −196°C and 800 mmHg, and 16.2 mmol·g^-1 of C₆H₆ at 20°C and saturation pressure. The excellent adsorption properties of the prepared carbons render them as potential adsorbents in CO₂ and H₂ capture and storage, and VOCs adsorption/separation.

W pracy opisano proces otrzymania porowatych węgli w wyniku jednoetapowej karbonizacji i aktywacji. Jako prekursor węglowy zastosowano zsyntezowaną żywicę mocznikowo-formaldehydową, natomiast jako aktywatora użyto cytrynianu potasu. W procesie otrzymywania zastosowano cytrynian potasu w proporcjach 4:1, 5:1 i 6:1 w stosunku do prekursora polimerowego. Proces prowadzono w trzech różnych temperaturach 600, 700 i 800°C. Otrzymane węgle charakteryzowały się powierzchnią właściwą w przedziale 600÷2560 m²/g, całkowitą objętością porów w przedziale 0,35÷1,50 cm³/g, objętością ultramikroporów w przedziale 0,17÷0,62 cm³/g oraz objętością mikroporów wraz z małymi mezoporami w przedziale 0,23÷0,91 cm³/g. Bardzo dobrze rozwinięta struktura mikroporowata otrzymanych węgli aktywnych spowodowała, że w znacznych ilościach adsorbowały one dwutlenek węgla, wodór i benzen. Najlepszy z węgli adsorbował CO₂ w ilościach 6,8 mmol/g (0°C, 800 mmHg) i 3,69 mmol/g (25°C, 800 mmHg), w ilości 20,8 mg/g (‒196°C, 800 mmHg) oraz C₆H₆ w ilości 1,2 mmol/g (20°C, p/p₀~1,0). Łatwy sposób otrzymywania i możliwość kontroli struktury porowatej powodują, że otrzymane węgle mogą być z powodzeniem stosowane jako adsorbenty do magazynowania CO₂ i H₂.