Préparation de base de biomasse mésoporeux carbone avec azote supérieur-/ Adsorption chélateurs de l’oxygène pour cu (ii) par le biais de micro-ondes pyrolyse pré
Summary
Nous présentons ici un protocole pour faire la synthèse de carbone mésoporeux dopé au double azote/oxygène provenant de la biomasse par activation chimique en modes différents pyrolyse suivie de modification. Nous démontrons que la pyrolyse du four à micro-ondes profite du processus de modification ultérieure pour introduire simultanément plus d’azote et d’oxygène des groupes fonctionnels sur le carbone.
Abstract
Une technique respectueuse de l’environnement pour la synthèse mésoporeux à base de biomasse charbon actif avec azote haute- / adsorption chélateurs de l’oxygène pour cu (ii) est proposée. Bagasse imprégnée d’acide phosphorique est utilisé comme précurseur. Pour la pyrolyse du précurseur, deux modes de chauffage séparé sont utilisés : micro-ondes pyrolyse et pyrolyse conventionnelle de chauffage électrique. Les échantillons de carbone dérivé de bagasse qui en résultent sont modifiées avec modification de nitrification et de réduction. Azote (N) / groupes fonctionnels de l’oxygène (O) sont introduits simultanément à la surface du charbon actif, améliorant son adsorption du cu (ii) par complexation et échange d’ions. Caractérisation et cuivre adsorption des expériences sont effectuées pour enquêter sur les propriétés physico-chimiques des quatre échantillons de carbone préparés et déterminer quelle méthode de chauffage favorise la modification ultérieure pour dopage des groupes fonctionnels N/O. Dans cette technique, basée sur l’analyse des données de l’adsorption d’azote, spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier et des expériences d’adsorption par lots, il est prouvé que micro-ondes-pyrolyse carbone a plusieurs sites de défaut et, par conséquent, gagner du temps en vigueur micro-ondes pyrolyse contribue plus d’espèces N/O au carbone, même si elle conduit à une surface spécifique plus faible. Cette technique offre une piste prometteuse d’adsorbants de synthèse avec l’azote plus élevée et la teneur en oxygène et une plus grande capacité d’adsorption des ions de métaux lourds dans les applications d’assainissement des eaux usées.
Introduction
Charbon actif possède des propriétés d’absorption uniques, comme une structure poreuse développée, une surface spécifique élevée et les divers groupes fonctionnels surfaces ; par conséquent, il est employé comme adsorbant dans eau traitement ou purification1,2,3,4. Outre ses avantages physiques, charbon actif est rentable et sans danger pour l’environnement et ses matières premières (par exemple, la biomasse) est abondante et facilement obtenu5,6. Les propriétés physico-chimiques du charbon actif dépendent les précurseurs utilisés dans la préparation et les conditions expérimentales de l’activation de processus7.
Deux méthodes sont généralement utilisées pour préparer le charbon actif : une seule étape et un en deux étapes approche8. L’approche d’une étape de terme se réfère à précurseurs étant carbonisé et activés simultanément, alors que l’approche en deux étapes qui désigne dans l’ordre. Compte tenu des économies d’énergie et protection de l’environnement, l’approche d’une étape est plus préféré pour sa plus basse température et pression exigeant.
En outre, activation chimique et physique sont utilisées pour améliorer les propriétés texturales de charbon actif. Activation chimique possède des avantages apparents au cours de l’activation physique en raison de sa température de déclenchement inférieur plus court temps d’activation, rendement de carbone plus élevé et plus structure de pores développés et contrôlables dans une certaine mesure9. Il a été testé qu’activation chimique peut être effectuée par imprégnation la biomasse utilisée comme matière première avec H3PO4, ZnCl2ou autres produits chimiques spécifiques, suivis par pyrolyse à augmenter la porosité du charbon actif, parce que des composants de la biomasse ligno-cellulosiques s’éliminent facilement par un traitement de chauffage subséquent, en raison de la capacité de déshydrogénation de ces produits chimiques10,11. Dès lors, activation chimique grandement favorise la formation de pores du charbon actif ou améliore les performances d’adsorption de contaminants12. Un activateur acide est préféré à H3PO4, en raison de sa demande d’énergie relativement faible, un rendement plus élevé et moins d’impact sur l’environnement13.
Four à micro-ondes pyrolyse a la supériorité dans les économies de temps, chauffage intérieur uniforme, l’efficacité énergétique et chauffage sélectif, ce qui en fait une méthode de chauffage alternative carbone activé par synthèse14,15. Par rapport à un chauffage électrique conventionnel, micro-ondes pyrolyse peut améliorer les processus thermochimiques et favoriser certaines réactions chimiques16. Récemment, des études approfondies ont mis l’accent sur la préparation des charbons par activation chimique de la biomasse en utilisant une étape micro-ondes pyrolyse9,17,18,19. Ainsi, il est considérablement instructif et respectueux de l’environnement de synthèse basé sur la biomasse charbon actif en activant l’assistée par micro-ondes H3PO4 .
En outre, pour améliorer les affinités d’adsorption du charbon vers les ions de métaux lourds spécifiques, modification par hétéroatome [N, O, soufre (S), etc.] dopage dans des structures de carbone a été proposée, et cela s’est avéré une méthode souhaitable 20,21,22,23,24,25,26. Les sites défectueux dans ou sur les bords d’une couche de graphite peuvent être remplacés par hétéroatomes pour générer des groupes fonctionnels27. Par conséquent, modification de nitrification et de réduction servent à modifier les échantillons de carbone qui en résulte pour la “dope” Gonzalez N/O des groupes fonctionnels qui jouent un rôle crucial dans la coordination efficace avec métaux lourds pour former complexants et échange d’ions28.
D’après ce qui précède, nous présentons un protocole visant à synthétiser carbone mésoporeux dopé au double N/O de la biomasse par activation chimique et deux méthodes différentes de pyrolyse suivis par modification. Ce protocole détermine également quel méthode de chauffage favorise la modification qui s’ensuivie pour dopage des groupes fonctionnels N/O et, ainsi, améliorer la performance de l’adsorption.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans ce protocole, l’une des étapes essentielles est le succès de la préparation du carbone mésoporeux avec mieux les propriétés physicochimiques de la démarche en une seule étape, où les conditions expérimentales optimales doivent être déterminées. Ainsi, dans une précédente étude28nous avons effectué des expériences matrice orthogonale micro-ondes pyrolyse, tenant compte de l’effet du ratio imprégnation de bagasse, acide phosphorique, l’heure de la pyrolyse, four à micr…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Les auteurs remercient les fonds de recherche fondamentale pour les universités de la centrale de Chine (No.KYZ201562), China postdoctorales Science Fund (no 2014 M 560429) et le plan de recherche et de développement clé de la Province du 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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