Preparación de biomasa carbono mesoporoso con mayor nitrógeno-/ adsorción quelantes de oxígeno para Cu(II) a través de microondas pre-pirolisis
Summary
Aquí, presentamos un protocolo para sintetizar nitrógeno/oxígeno mesoporosos dopada con el doble de carbón de biomasa por activación química en modos diferentes de la pirolisis seguido por modificación. Demostramos que la pirolisis de microondas beneficia el proceso de modificación posterior al mismo tiempo introducir más grupos funcionales de nitrógeno y oxígeno en el carbono.
Abstract
Una técnica de medio ambiente para sintetizar biomasa mesoporosos activó el carbón con alto nitrógeno- / adsorción quelantes del oxígeno para el Cu(II) se propone. Bagazo impregnado con ácido fosfórico se utiliza como el precursor. Para pyrolyze el precursor, se utilizan dos modos de calefacción independiente: microondas pirolisis y pirolisis convencional de calefacción eléctrica. Las muestras de carbono derivados del bagazo resultante se modifican con la nitrificación y la reducción de modificación. Nitrógeno (N) / al mismo tiempo se introducen grupos funcionales de oxígeno (O) a la superficie del carbón activado, realzando su adsorción de Cu(II) por formación de complejos e intercambio de ion. Caracterización y los experimentos de adsorción de cobre se realizan para investigar las propiedades fisicoquímicas de las muestras de carbón preparado cuatro y determinar qué método de calentamiento favorece la posterior modificación por dopaje de grupos funcionales de N/O. En esta técnica, basada en el análisis de datos de adsorción de nitrógeno, espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier transforman y los experimentos de adsorción por lotes, está comprobado que carbono microondas pyrolyzed tiene más sitios de defecto y, por lo tanto, ahorro de tiempo efectivo de microondas pirolisis contribuye más especies N/O al carbono, aunque conduce a una menor superficie específica. Esta técnica ofrece una ruta prometedora para adsorbentes de síntesis con mayor nitrógeno y contenido de oxígeno y una mayor capacidad de adsorción de iones de metales pesados en aplicaciones de remediación de aguas residuales.
Introduction
El carbón activado tiene propiedades de adsorción único, como una estructura porosa desarrollada, una alta superficie específica y varios grupos funcionales superficiales; por lo tanto, se emplea como un adsorbente de agua tratamiento o purificación1,2,3,4. Además de sus ventajas físicas, el carbón activado es inofensivo para el medio ambiente y rentable, y su materia prima (por ejemplo, biomasa) es abundante y fácilmente obtuvo5,6. Las propiedades fisicoquímicas del carbón activado dependen de los precursores que se utilizan en su preparación y en las condiciones experimentales de la activación de proceso7.
Dos métodos se emplean para preparar carbón activado: enfoque de un paso y un proceso de dos pasos8. El enfoque de un solo paso de término se refiere a los precursores está carbonizado y activado al mismo tiempo mientras que el enfoque de dos pasos se refiere a secuencialmente. En vista de la conservación de energía y protección del medio ambiente, el enfoque de un paso es más preferido por su baja temperatura y presión exigiendo.
Además, la activación química y física son utilizados para mejorar las características texturales de carbón activado. Activación química posee ventajas evidentes sobre activación física debido a su baja temperatura de activación, menor tiempo de activación, mayor rendimiento de carbono y más estructura de poro desarrollada y controlable en un cierto grado9. Se ha probado que la activación química se puede realizar por impregnación biomasa utilizada como materia prima con H3PO4, vivencias2u otros productos químicos específicos, seguidas de la pirolisis para aumentar la porosidad del carbón activado, porque componentes lignocelulósicos de la biomasa pueden eliminarse fácilmente por un tratamiento de calefacción posterior, debido a la capacidad de la deshidrogenación de estos productos químicos10,11. Por lo tanto, la activación química grandemente mejora la formación de poros de carbón activado o mejora el rendimiento adsorbente contaminantes12. Un activador ácido es preferido a H3PO4, debido a su relativamente baja demanda de energía, mayor rendimiento y menor impacto sobre el medio ambiente13.
Pirólisis de microondas tiene la superioridad en ahorro de tiempo, uniforme calefacción interior, eficiencia energética y calefacción selectiva, lo que es un método alternativo de calefacción a carbón activado síntesis14,15. En comparación con la calefacción eléctrica convencional, microondas pirolisis puede mejorar los procesos termoquímicos y promover ciertas reacciones químicas16. Recientemente, estudios extensos se han centrado en la preparación de carbón activado por activación química de la biomasa con un solo paso microondas pirolisis9,17,18,19. Por lo tanto, es informativo y respetuoso del medio ambiente a síntesis biomasa carbón por asistida por microondas H3PO4 activación considerablemente.
Además, para mejorar las afinidades de adsorción del carbón activado hacia determinados iones de metales pesados, se ha propuesto modificación dopando heteroatom [N, O, azufre (S), etc.] dentro de las estructuras de carbono, y esto ha demostrado para ser un método deseable 20,21,22,23,24,25,26. Sitios defectuosos o en los bordes de una capa de grafito pueden sustituirse por heteroátomos generar grupos funcionales27. Por lo tanto, modificación de nitrificación y reducción se utilizan para modificar las muestras de carbono resultante para droga N/O grupos funcionales que desempeñan un papel crucial en la coordinación eficiente con metales pesados para formar secuestrantes e intercambio iónico28.
Basado en los resultados anteriores, presentamos un protocolo para sintetizar N/O mesoporosos dopados doble carbono de la biomasa por activación química y dos métodos diferentes de la pirolisis seguidos por modificación. Este protocolo también determina qué método de calentamiento favorece la modificación consiguiente de dopaje de los grupos funcionales de N/O y, así, mejorar el desempeño de adsorción.
Protocol
Representative Results
Discussion
En este protocolo, uno de los pasos críticos es la exitosa preparación de carbón mesoporoso con mejores propiedades físico-químicas por el enfoque de un solo paso, en necesitan determinar las condiciones experimentales óptimas. Así, en un anterior estudio28, hemos realizado experimentos de pirólisis de microondas de matriz ortogonal, teniendo en cuenta el efecto de la relación de la impregnación de bagazo y ácido fosfórico, el tiempo de pirólisis, microondas potencia y tiempo de secad…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Los autores reconocen los fondos de Investigación Fundamental para las universidades Central de China (No.KYZ201562), Fondo de ciencia Postdoctoral de China (no. 2014 M 560429) y el plan de investigación y desarrollo de clave de la provincia de Jiangsu (no. BE2018708).
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 |
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