바이오 매스 기반 Mesoporous 탄소 높은 질소-의 준비 / 전자 사전 열 분해를 통해 Cu(II)에 대 한 흡착 산소 킬레이트 화

Summary

여기, 선물이 다른 열 분해 모드 수정 뒤에 화학 활성화 하 여 바이오 매스 로부터 질소/산소 듀얼 실수로 mesoporous 탄소를 합성 하는 프로토콜. 전자 레인지 열 분해 동시에 탄소에 더 많은 질소와 산소 기능 그룹을 소개 하는 후속 수정 과정 혜택을 설명 합니다.

Abstract

바이오 매스 기반 mesoporous 합성을 위한 환경 친화적인 기술 활성화와 높은 질소-탄소/Cu(II)에 대 한 흡착 산소 킬레이트 화 제안. 인산의 산 성 임신 사탕수수는 전조로 이용 된다. Pyrolyze 전조, 두 개의 별도 난방 모드 사용: 열 분해 및 기존의 전기 난방 열 분해 전자 레인지. 결과 사탕수수에서 파생 된 탄소 샘플 nitrification 및 감소 수정 수정 됩니다. 질소 (N) 산소 (O) 기능 그룹은 동시에 강화 complexing 및 이온 교환에 의해 Cu(II)의 그것의 흡착 활성 탄의 표면에 도입 /. 특성화 및 구리 흡착 실험 4 준비 탄소 샘플의 물리 화학적 특성을 조사 하 고 난방 방법을 호의 N/O 기능 그룹의도 핑에 대 한 후속 수정 결정 수행 됩니다. 이 기술에서는, 질소 흡착, 푸리에 변환 적외선 분광학, 및 일괄 처리 흡착 실험의 데이터 분석에 따라 그것은 입증 된 전자 레인지 pyrolyzed 탄소 더 많은 결함 사이트는 및 그러므로, 시간 절약 효과 전자 레인지 비록 그것은 낮은 특정 표면 영역을 이끌어 열 분해 탄소, 더 많은 N/O 종 기여. 이 기술은 더 높은 질소 및 산소와 폐수 업데이트 관리 응용 프로그램에서 중 금속 이온의 높은 흡착 용량 합성 adsorbents 유망한 경로 제공합니다.

Introduction

활성 탄소는 독특한 흡착 속성 개발 된 다공성 구조, 높은 특정 표면 영역 등 다양 한 표면 기능 그룹; 따라서, 그것은 물 치료 또는 정화^1,2,,34에 흡착 제로 채택 된다. 그것의 물리적 장점 외 활성 탄소는 비용 효율적이 고 환경에 무해 한 하 고 (예를 들어, 바이오 매스)의 원료는 풍부 하 고 쉽게 얻은^5,6. 활성 탄의 물리 화학적 특성에는 그 준비에 사용 되는 선구자에 및⁷의 정품 인증 과정 실험 조건에 따라 달라 집니다.

두 메서드는 일반적으로 활성 탄을 준비 하는 데 사용 됩니다:는 1 단계와 2 단계를 접근 하는⁸. 용어 한 단계 접근 선구자 연료 되 고 2 단계 접근 순차적으로 하는 동시에 활성화를 말합니다. 에너지 절약 및 환경 보호, 비추어 원스텝 접근 자사의 낮은 온도 및 압력 요구에 대 한 더 선호 이다.

게다가, 화학 및 물리적 활성화는 활성 탄의 텍스처 속성을 개선 하기 위해 활용 됩니다. 화학 활성화의 낮은 활성화 온도, 짧은 활성화 시간, 높은 탄소 수율 및 특정 학위⁹에서 더 많은 개발 및 제어 기 공 구조 때문에 명백한 이점이 물리적 활성화를 소유한 다. 그것은 화학 활성화 게 바이오 매스 feedstock H₃포₄, ZnCl₂, 또는 다른 특정 화학 물질, 활성 탄의 다공성 증가 열 분해 하기 때문에 다음으로 사용 하 여 수행할 수 있습니다 테스트 되었습니다. 바이오 매스의 lignocellulosic 구성 요소 때문에 이러한 화학 물질^10,11의 dehydrogenation 기능 후속 열 처리에 의해 쉽게 제거 될 수 있습니다. 따라서, 화학 활성화는 크게 활성 탄의 숨 구멍의 대형을 향상 또는 오염 물질¹²흡착 성능을 향상 시킵니다. 산 성 활성 제는 H₃포₄, 수요는 상대적으로 낮은 에너지, 높은 수익률, 그리고¹³환경 영향을 덜 선호.

전자 레인지 열 분해는 시간 절약, 균일 한 실내 난방, 에너지 효율 및 합성 활성 탄소^14,15대체 난방 방법을 만들고 선택적 난방에 우월. 기존의 전기 난방에 비해, 전자 레인지 열 분해 고 특정 화학 반응¹⁶홍보 열 화학 프로세스를 향상 시킬 수 있습니다. 최근, 광범위 한 연구 단계 전자 레인지 열 분해^9,17,,1819를 사용 하 여 바이오 매스 로부터 화학 활성화 하 여 활성 탄 준비에 집중 했다. 그래서, 그것은 상당히 유익 하 고 환경 친화적인 전자 레인지를 이용한 H₃포₄ 활성화 종합 바이오 매스 기반 활성 탄소.

또한, 특정 중 금속 이온으로 활성 탄의 흡착 선호도 개선, 수정 heteroatom [N, O, 유황 (S), 등] 탄소 구조에도 핑에 의해 제안 되었습니다., 그리고이 ^{바람직한 방법인 것을 입증 되었습니다. 20,21,22,23,,2425,26}. 결함이 사이트 또는 흑연 층의 가장자리에서 heteroatoms 기능 그룹²⁷를 생성 하 여 교체할 수 있습니다. 따라서, nitrification 및 감소 수정 결과 탄소 샘플 마약 complexing 및 이온 교환²⁸형성에 중 금속을 효율적으로 조정에 중요 한 역할을 하는 N/O 기능 그룹을 수정 하는 데 사용 됩니다.

위의 결과에 따라, 합성 화학 활성화 하 여 바이오 매스 로부터 N/O 듀얼 실수로 mesoporous 탄소와 수정에 의해 두 개의 서로 다른 열 분해 방법 프로토콜 선물이. 이 프로토콜은 또한 난방 방법을 호의 N/O 기능 그룹의도 핑 하 고, 따라서, 흡착 성능 향상에 대 한 다음 수정 결정 합니다.

Protocol

1. 사탕수수 기반 활성 탄의 준비 사탕수수 기반 활성 탄에 대 한 전조의 준비 사탕수수 (Jiangsu, 중국에서에서 농장에서 얻은) 이온을 제거 된 물으로 린스 하 고 샘플 10 h 100 ° C에서 건조 오븐에 넣어. 말린된 사탕수수는 분쇄기로 분쇄 하 고 50-메쉬 체 통해 분말을 체. 24 헤에 대 한 1:1 중량 비율에 15 wt % 인산 (H3포4) 솔루션으로 좋은 사?…

Representative Results

4 샘플의 질소 흡착/탈 착 등온선은 그림 1에 표시 됩니다. 모든 흡착 등온선 낮은 P/P0 지역에 있는 급속 한 증가 표시 하 고 이러한 등온선 유형 IV (IUPAC 분류) 지배적인 mesopores32micropores로 구성 된 그들의 기 공 구조를 보여주는에 속한다. 질소 흡착 등온선에서 얻은 모든 샘플에 ?…

Discussion

이 프로토콜에서 중요 한 단계 중 하나는 최적의 실험 조건 결정 될 필요가 mesoporous 탄소 1 단계 접근에 의해 더 나은 물리 화학적 특성의 성공적인 준비입니다. 그래서, 이전 연구²⁸의 경우, 우리는 실시 직교 배열 전자 레인지 열 분해 실험, 사탕수수 및 인산, 열 분해, 전자 레인지 전력, 시간과 건조 시 수태 비율의 효과 고려 하 고. 게다가, 큰 주의 해야 한다 지루한 Cu (II)-흡착 ?…

Materials

All chemicals and reagents (phosphoric acid, etc.)	Nanjing Chemical Reagent Co., Ltd		Analytical grade
Electric furnace	Luoyang Bolaimaite Experiment Electric Furnace Co., Ltd
Microwave oven	Nanjing Yudian Automation Technology Co., Ltd		2.45 GHz frequency
Surface-area and porosimetry analyzer	Beijing Gold APP Instrument Co., Ltd		Vc-Sorb 2800TP
Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer	Nicolet		6700
Flame atomic absorption spectrophotometry	Beijing Purkinje General Instrument Corporation		A3
Element Analyzer	Germany Heraeus Co.		CHN-O-RAPID