AKTYWACJA ALKALIAMI - MOŻLIWOŚCI I OGRANICZENIA

Podobne dokumenty
WPŁYW NATURY PREKURSORA NA TEKSTURĘ POROWATĄ I MORFOLOGIĘ ZIAREN PRODUKTÓW AKTYWACJI WODOROTLENKIEM POTASU

WPŁYW UTLENIANIA WĘGLA KOKSUJĄCEGO NA POROWATOŚĆ I MORFOLOGIĘ ZIAREN PRODUKTÓW AKTYWACJI WODOROTLENKIEM POTASU

MATERIAŁY POROWATE WZBOGACONE W AZOT OTRZYMANE NA DRODZE AMONIZACJI WĘGLI AKTYWOWANYCH WODOROTLENKIEM POTASU

WĘGLE AKTYWNE DOTOWANE AZOTEM Z N-POLIMERÓW I KOMPOZYCJI PAKOWO-POLIMEROWYCH

Procesy Chemiczne Część węglowa

Magazynowanie gazów energetycznych na sorbentach 4

Materiały węglowe aktywowane wodorotlenkiem potasu

WPŁYW STRUKTURY POROWATEJ NA POJEMNOŚĆ BUTANOWĄ WĘGLI AKTYWNYCH

BADANIA FIZYKOCHEMICZNE SFERYCZNYCH MATERIAŁÓW WĘGLOWYCH PREPAROWANYCH NA BAZIE ŻYWIC JONOWYMIENNYCH

TECHNOLOGIE MAGAZYNOWANIA I OCZYSZCZANIA WODORU DLA ENERGETYKI PRZYSZŁOŚCI

Adsorpcja wybranych jonów metali ciężkich na biowęglu pochodzącym z komunalnych osadów ściekowych

WYTWARZANIE WĘGLI AKTYWNYCH

Granulowany węgiel aktywny z łupin orzechów kokosowych: BT bitumiczny AT - antracytowy 999-DL06

PL B1. POLITECHNIKA POZNAŃSKA, Poznań, PL BUP 14/15

Opis adsorpcji dwutlenku węgla w różnych temperaturach na mikroporowatych węglach aktywnych

KONKURS CHEMICZNY,,ROK PRZED MATURĄ

Rozwijanie mikroporowatości w węglach mezoporowatych

ADSORPCJA BŁĘKITU METYLENOWEGO I JODU NA WYBRANYCH WĘGLACH AKTYWNYCH

Pore structure of activated carbons from waste polymers

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Wydział Energetyki i Paliw. dr inż. Mirosław Kwiatkowski AUTOREFERAT

CHEMIA ANALIZA I MONITORING ŚRODOWISKA. Usuwanie barwników z wody metodą adsorpcji na węglu aktywnym. Ćw. 7

Zad: 5 Oblicz stężenie niezdysocjowanego kwasu octowego w wodnym roztworze o stężeniu 0,1 mol/dm 3, jeśli ph tego roztworu wynosi 3.

Zastosowanie materiałów perowskitowych wykonanych metodą reakcji w fazie stałej do wytwarzania membran separujących tlen z powietrza

Przemysłowe laboratorium technologii. ropy naftowej i węgla II. TCCO17004l

PROJEKT: Innowacyjna usługa zagospodarowania popiołu powstającego w procesie spalenia odpadów komunalnych w celu wdrożenia produkcji wypełniacza

Właściwości adsorpcyjne węgli aktywnych otrzymanych z włókien Kevlar

LABORATORIUM SPALANIA I PALIW

Konkurs Chemiczny dla gimnazjalistów województwa zachodniopomorskiego w roku szkolnym 2014/2015. Etap wojewódzki

BADANIA POROWATOŚCI MATERIAŁÓW WĘGLOWYCH MODYFIKOWANYCH NA DRODZE CHEMICZNEJ

ĆWICZENIA LABORATORYJNE

Produkty Chemiczne Część węglowa

WYMAGANIA EDUKACYJNE

Natura powierzchni węgla aktywnego utlenianego w fazie gazowej

Węgle aktywne ze stałej pozostałości po szybkiej pirolizie biomasy

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA INSTYTUT TECHNIKI CIEPLNEJ I MECHANIKI PŁYWNÓW ZAKŁAD SPALANIA I DETONACJI Raport wewnętrzny

PL B1. Instytut Chemii Przemysłowej im.prof.ignacego Mościckiego,Warszawa,PL BUP 07/06

VII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2014/2015

Zapisz równanie zachodzącej reakcji. Wskaż pierwiastki, związki chemiczne, substraty i produkty reakcji.


1. Podstawowe prawa i pojęcia chemiczne

Zadanie: 1 (3 pkt) Metanoamina (metyloamina) rozpuszcza się w wodzie, a także reaguje z nią.

I ,11-1, 1, C, , 1, C

Synteza i właściwości adsorpcyjne mikroporowatych węgli aktywnych otrzymywanych z żywic jonowymiennych na bazie kopolimeru styrenu i diwinylobenzenu

a) jeżeli przedstawiona reakcja jest reakcją egzotermiczną, to jej prawidłowy przebieg jest przedstawiony na wykresie za pomocą linii...

Politechnika Wrocławska. Procesy Chemiczne. Ćw. W3 Adsorpcja z roztworów na węglu aktywnym. Kinetyka procesu. Opracowane przez: Ewa Lorenc-Grabowska

TYPY REAKCJI CHEMICZNYCH

Wymagania programowe na poszczególne oceny. III. Woda i roztwory wodne. Ocena dopuszczająca [1] Uczeń: Ocena dostateczna [1 + 2]

Porowate materia³y wêglowe w uk³adach magazynowania energii

ANNA PAJDAK. Instytut Mechaniki Górotworu PAN; ul. Reymonta 27, Kraków. Streszczenie

Raport końcowy kamienie milowe (KM) zadania 1.2

ADSORPCJA WYBRANYCH ZANIECZYSZCZEŃ WODY I POWIETRZA NA WĘGLU AKTYWNYM WZBOGACONYM W AZOT

Wykorzystanie promieniowania mikrofalowego w preparatyce adsorbentów węglowych

WŁAŚCIWOŚCI ADSORPCYJNE UKŁADÓW ADSORBENTY WĘGLOWE-METANOL

Węgiel aktywny - Elbar Katowice - Oddział Carbon. Węgle aktywne ziarniste produkowane są z węgla drzewnego w procesie aktywacji parą wodną.

HETEROGENICZNOŚĆ STRUKTURALNA ORAZ WŁAŚCIWOŚCI ADSORPCYJNE ADSORBENTÓW NATURALNYCH

Wymagania z chemii na poszczególne oceny Klasa 2 gimnazjum. Kwasy.

Autoreferat pracy doktorskiej. Badania porowatości krystalicznych materiałów mikroporowatych z zastosowaniem termodesorpcji węglowodorów

ANALIZA PRZYDATNOŚCI MEDIÓW PIKNOMETRYCZNYCH DO OCENY STRUKTURY MIKROPOROWATEJ ADSORBENTÓW WĘGLOWYCH

ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII I GOSPODARKA ODPADAMI STUDIA STACJONARNE

ADSORPCJA SUBSTANCJI POWIERZCHNIOWO CZYNNYCH Z ROZTWORÓW WODNYCH NA PYLISTYCH WĘGLACH AKTYWNYCH

Chemia Nowej Ery Wymagania programowe na poszczególne oceny dla klasy II

CHEMIA KLASA II I PÓŁROCZE

Wpływ promieniowania na wybrane właściwości folii biodegradowalnych

I KSZTAŁCENIA PRAKTYCZNEGO. Imię i nazwisko Szkoła Klasa Nauczyciel Uzyskane punkty

OTMAR VOGT, JAN OGONOWSKI *, BARBARA LITAWA. Streszczenie

Stechiometria. Nauka o ilościach materiałów zużywanych i otrzymywanych w reakcjach chemicznych

Leon Murawski, Katedra Fizyki Ciała Stałego Wydział Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej

Wymagania programowe na poszczególne oceny. IV. Kwasy. Ocena bardzo dobra. Ocena dostateczna. Ocena dopuszczająca. Ocena dobra [1] [ ]

Efekty cieplne zwilżania surowców węglowych oraz węgla aktywnego

KONKURS CHEMICZNY DLA UCZNIÓW SZKOŁY PODSTAWOWEJ ROK SZKOLNY 2018/2019 ETAP REJONOWY

Dr Piotr Nowicki Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu Wydział Chemii Pracownia Chemii Stosowanej ul. Umultowska 89b Poznań.

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z CHEMII 2013/2014

2.1. Charakterystyka badanego sorbentu oraz ekstrahentów

VIII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2015/2016

Granulowany Węgiel Aktywny z łupin orzechów kokosowych BT bitumiczny AT antracytowy

Inżynieria Rolnicza 5(93)/2007

WPŁYW CHARAKTERU CHEMICZNEGO POWIERZCHNI WĘGLA AKTYWNEGO NA ADSORPCJĘ FENOLI Z WODY

Skaningowy Mikroskop Elektronowy. Rembisz Grażyna Drab Bartosz

a. Dobierz współczynniki w powyższym schemacie tak, aby stał się równaniem reakcji chemicznej.

XIII Konkurs Chemiczny dla Uczniów Szkół Średnich Etap II rozwiązania zadań

Wodorotlenki. n to liczba grup wodorotlenowych w cząsteczce wodorotlenku (równa wartościowości M)

1. Stechiometria 1.1. Obliczenia składu substancji na podstawie wzoru

Tytuł pracy w języku angielskim: Microstructural characterization of Ag/X/Ag (X = Sn, In) joints obtained as the effect of diffusion soledering.

LABORATORIUM: ROZDZIELANIE UKŁADÓW HETEROGENICZNYCH ĆWICZENIE 1 - PRZESIEWANIE

Właściwości i zastosowanie węgli aktywnych otrzymanych z materiałów polimerowych

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

Wymagania programowe na poszczególne oceny CHEMII kl. II 2017/2018. III. Woda i roztwory wodne. Ocena dopuszczająca [1] Uczeń:

ĆWICZENIA LABORATORYJNE

WPŁYW CHEMIZMU POWIERZCHNI WĘGLA NA ADSORPCJĘ SO 2

Piroliza odpadowych poliolefin

ROLNICTWO. Ćwiczenie 1

Temat: kruszyw Oznaczanie kształtu ziarn. pomocą wskaźnika płaskości Norma: PN-EN 933-3:2012 Badania geometrycznych właściwości

Zasady oceniania z chemii w klasie II w roku szkolnym 2015/2016. Ocena dopuszczająca Ocena dostateczna Ocena dobra Ocena bardzo dobra

Wpływ parametrów procesu utleniania na układ porowaty węgla płomiennego oraz otrzymanych z niego karbonizatów

VI Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2013/2014

WYMAGANIA EDUKACYJNE na poszczególne oceny śródroczne i roczne Z CHEMII W KLASIE II gimnazjum

Wojewódzki Konkurs Przedmiotowy z Chemii dla uczniów gimnazjów województwa śląskiego w roku szkolnym 2012/2013

system monitoringu zanieczyszczeń gazowych i pyłów w powietrzu atmosferycznym, z zastosowaniem zminiaturyzowanych stacji pomiarowych

CHEMIA. Wymagania szczegółowe. Wymagania ogólne

OTRZYMYWANIE KOMPOZYTÓW METALOWO-CERAMICZNYCH METODAMI PLAZMOWYMI

Transkrypt:

Węgiel aktywny w ochronie środowiska i przemyśle (2008) KRZYSZTOF KIERZEK, MAGDALENA KRÓL, HELENA MACHNIKOWSKA GRAŻYNA GRYGLEWICZ, JACEK MACHNIKOWSKI Politechnika Wrocławska, Wydział Chemiczny, Zakład Materiałów Polimerowych i Węglowych ul. Gdańska 7/9, 50-344 Wrocław AKTYWACJA ALKALIAMI - MOŻLIWOŚCI I OGRANICZENIA Reakcja z alkaliami jest obecnie uznawana za bardzo skuteczną i elastyczną metodę wytwarzania mikroporowatych materiałów węglowych o zaprojektowanych właściwościach z różnego typu surowców polimerowych i węglowych. W pracy przedstawiono możliwości kształtowania właściwości węgli aktywnych otrzymywanych z surowców pochodzenia węglowego i pakowego w procesie aktywacji wodorotlenkiem potasu i sodu. Zakres badań otrzymanych węgli aktywnych obejmuje analizę struktury porowatej, właściwości powierzchniowych oraz wymiarów i morfologii ziaren przy zastosowaniu sorpcji N 2 w 77 K, analizy elementarnej, miareczkowania kwasowo-zasadowego, analizy sitowej i mikroskopii skaningowej. Na podstawie wyników badań prowadzonych od kilku lat w zespole zostały omówione możliwości wykorzystania produktów aktywacji alkaliami w procesach adsorpcyjnego magazynowania metanu, elektrosorpcji wodoru i gromadzenia ładunku w podwójnej warstwie elektrycznej. SŁOWA KLUCZOWE: aktywacja KOH/NaOH, porowatość, właściwości powierzchniowe, wymiary i morfologia ziaren WPROWADZENIE W latach 90. ubiegłego wieku pojawiły się na rynku pyłowe węgle aktywne o nazwach handlowych AX-21, PX-21 i Maxsorb, charakteryzujące się mikroporowatą naturą i bardzo dużą powierzchnią właściwą [1]. Surowcem do wytwarzania materiału o tak rozwiniętej porowatości były surowe koksy naftowe traktowane nadmiarem wodorotlenku potasu w temperaturze rzędu 800 C [2]. Uciążliwa technologia wytwarzania, stosunkowo wysoka cena oraz pyłowy charakter spowodowały, że materiały aktywowane KOH nie znalazły szerszego zastosowania. Renesans badań nad aktywacją alkaliami (KOH, NaOH, K 2 CO 3 ) w ostatnich kilku latach jest spowodowany poszukiwaniem materiałów porowatych dla nowych zastosowań, określanych często terminem magazynowanie energii. Chodzi o węgle aktywne o bardzo wysokiej zdolności adsorpcji metanu i wodoru lub gromadzenia ładunku w podwójnej warstwie kondensatora elektrochemicznego. Publikowane ostatnio prace wykazują [3-6], że materiały aktywowane alkaliami znacznie przewyższają typowe węgle aktywne pod względem tych właściwości.

Aktywacja alkaliami - możliwości i ograniczenia 199 Wodorotlenki potasu i sodu można zaliczyć do uniwersalnych czynników aktywujących. Mikroporowate materiały węglowe o ekstremalnie dużej powierzchni S BET, przekraczającej nierzadko 3000 m 2 /g, otrzymuje się z wielu surowców organicznych o polimerycznej lub makromolekularnej budowie i produktów ich karbonizacji. Kompleksowe i wyczerpujące badania aktywacji antracytu, przeprowadzone na Uniwersytecie w Alicante [7], wykazały również, że umiejętne operowanie takimi czynnikami, jak stosunek reagentów i warunki procesu (temperatura, czas, przepływ gazu obojętnego) pozwala kontrolować w szerokim zakresie strukturę porowatą produktu i wytwarzać z tego surowca węgiel aktywny o założonych właściwościach. Celem obecnej pracy jest przedstawienie potencjału metody aktywacji wodorotlenkami potasu i sodu w zakresie kształtowania właściwości węgli aktywnych przy wykorzystaniu jako surowców koksów otrzymanych z węgla kamiennego i paku węglowego. 1. CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA 1.1. Surowce Jako surowce do aktywacji wykorzystano produkty karbonizacji węgli kamiennych o różnym stopniu uwęglenia, od typu 32.1 do 35.2 wg polskiej klasyfikacji (oznaczone jako CW, CS i CJ) i paków węglowych (oznaczone symbolami P, P1 i P4). Karbonizację węgla i paku prowadzono w pionowej retorcie szklanej, ogrzewając próbkę z szybkością 5ºC/min do temperatury 520ºC i w tej temperaturze wygrzewano przez 2 godz. Stosując następnie obróbkę termiczną półkoksów w rurowym reaktorze kwarcowym w temperaturze do 1000ºC, otrzymano serię materiałów o wzrastającym stopniu karbonizacji. Wszystkie procesy prowadzono w atmosferze argonu. 1.2. Procesy aktywacji Otrzymywanie węgli aktywnych polegało na ogrzewaniu mieszaniny sproszkowanego bezwodnego KOH/NaOH i surowca koksowego w atmosferze argonu. Procesy prowadzono w łódce niklowej umieszczonej w rurze kwarcowej. Ustalone dla wszystkich procesów warunki to masa próbki, typ i wymiary reaktora, szybkość ogrzewania (10º/min), czas wygrzewania w temperaturze końcowej (1 godz.) i szybkość przepływu argonu (30 l/godz.). Parametrami zmiennymi były: stosunek masowy KOH/koks (między 2:1 a 4:1) uziarnienie koksu (0,1 0,63 mm lub 0,63 1,2 mm), temperatura aktywacji (600 800ºC). Po reakcji produkty rozkładu wodorotlenku potasu wymywano wodą destylowaną i 5% HCl z wykorzystaniem płuczki ultradźwiękowej, a węgiel aktywny suszono w temperaturze 110ºC. 1.3. Charakterystyka produktów karbonizacji i aktywacji

200 K. Kierzek, M. Król, H. Machnikowska, G. Gryglewicz, J. Machnikowski Badania produktów aktywacji obejmowały: oznaczenie parametrów struktury porowatej, analizę składu i właściwości chemicznych powierzchni, określenie wymiarów i morfologii ziaren. Teksturę porowatą węgli aktywnych scharakteryzowano metodą sorpcji azotu w 77 K. Badania wykonano na automatycznym analizatorze powierzchni NOVA2200 firmy Quantachrome. Przed pomiarem próbki odgazowywano przez całą noc w temperaturze 300 C. Na podstawie analizy izoterm adsorpcji/desorpcji określono całkowitą objętość porów (V T ), powierzchnię właściwą metodą BET (S BET ), objętość mikroporów (V DR ) metodą Dubinina-Raduszkiewicza oraz średni wymiar mikroporów (L 0 ) z równania Stoeckliego. Skład elementarny (CHNS) oznaczono przy użyciu analizatora składu elementarnego VARIO EL, a zawartość tlenu obliczono z różnicy. Zawartość centrów kwasowych i zasadowych na powierzchni węgla aktywnego określono metodą selektywnej neutralizacji Boehma. Rozkład wielkości ziaren w surowcach i produktach aktywacji wyznaczono metodą analizy sitowej oraz za pomocą grawimetrycznego analizatora cząstek Mastersizer 2000 firmy Malvern Instruments Ltd. Kształt oraz morfologię powierzchni pojedynczych ziaren określono na podstawie obserwacji na elektronowym mikroskopie skaningowym (SEM). 2. WYNIKI BADAŃ Wyniki przeprowadzonych badań są dyskutowane w zakresie wpływu natury, stopnia karbonizacji i uziarnienia surowca koksowego, czynnika aktywującego i temperatury aktywacji na właściwości węgla aktywnego - rozwinięcie struktury porowatej, skład elementarny i właściwości chemiczne powierzchni oraz wymiary i morfologię ziaren. 2.1. Natura surowca i czynnik aktywujący Węgiel kamienny reprezentuje grupę surowców o makromolekularnej budowie, które w procesie karbonizacji dają nieuporządkowane, optycznie izotropowe materiały węglowe o niskiej zdolności do grafityzacji (rys. 1a). Pak węglowy jest typowym prekursorem materiałów węglowych grafityzujących o zorientowanym ułożeniu pakietów warstw grafenowych, czego przejawem jest występowanie anizotropii optycznej (rys. 1b). W tabeli 1 przedstawiono parametry struktury porowatej produktów aktywacji KOH i NaOH otrzymanych z półkoksu z węgla kamiennego i paku węglowego w procesach aktywacji w 700 C przy stosunku KOH(NaOH)/półkoks 3:1. Wyniki wskazują, że KOH jest skutecznym czynnikiem aktywującym dla obu typów koksów, podczas gdy NaOH aktywuje tylko izotropowe koksy węglowe. Efektem traktowania koksów pakowych NaOH jest jedynie całkowity rozpad ziaren surowca.

Aktywacja alkaliami - możliwości i ograniczenia 201 a b Rys. 1. Tekstura optyczna półkoksu z węgla bitumicznego (a) i paku węglowego (b) TABELA 1. Charakterystyka struktury porowatej produktów aktywacji półkoksu węglowego i pakowego otrzymanych w reakcji z KOH i NaOH Węgiel aktywny S BET m 2 /g V T cm 3 /g V DR cm 3 /g L 0 nm V DR /V T A-KOH/CW520 3000 1,21 0,95 1,40 0,79 A-NaOH/CW520 2560 1,05 0,82 1,37 0,78 A-KOH/P1520 2640 1,11 0,85 1,36 0,77 A-NaOH/P1520 950 0,44 0,32 1,32 0,73 Obserwacje mikroskopowe SEM (rys. rys. 2 i 3) wskazują na pewne różnice w morfologii ziaren węgli aktywnych otrzymanych z koksów węglowych przy aktywacji za pomocą KOH i NaOH. Rys. 2. Zdjęcie SEM produktu aktywacji półkoksu węglowego wodorotlenkiem potasu

202 K. Kierzek, M. Król, H. Machnikowska, G. Gryglewicz, J. Machnikowski Rys. 3. Zdjęcie SEM produktu aktywacji półkoksu węglowego wodorotlenkiem sodu 2.2. Stopień karbonizacji surowca Stopień karbonizacji surowca węglowego i pakowego ma istotny wpływ na rozwój porowatości podczas aktywacji wodorotlenkiem potasu. Na rysunku 4 przedstawiono zależność powierzchni właściwej S BET od temperatury karbonizacji węgla CS i paku P1. W miarę wzrostu stopnia karbonizacji surowca nie tylko zmniejsza się powierzchnia właściwa i objętość porów węgla aktywnego, lecz także wzrasta udział mikroporów i maleje ich średni wymiar. Dla koksów pakowych wpływ temperatury karbonizacji jest znacznie silniejszy. Aktywacji alkaliami towarzyszy częściowy rozpad ziaren surowca. W przypadku koksów pakowych aktywowanych KOH stopień dezintegracji ziaren pogłębia się wyraźnie z postępem karbonizacji (rys. 5). Odwrotna tendencja występuje dla koksów węglowych (rys. 6). 3000 2500 a 1,0 0,8 b S BET [m 2 /g] 2000 1500 1000 V DR [cm 3 /g] 0,6 0,4 500 0 CS P1 500 600 700 800 900 1000 0,2 0,0 CS P1 500 600 700 800 900 1000 Temperatura karbonizacji [ o C] Temperatura karbonizacji [ o C] Rys. 4. Wpływ temperatury karbonizacji węgla kamiennego (CS) i paku węglowego (P1) na powierzchnię właściwą S BET i objętość mikroporów V DR węgla aktywnego. Warunki aktywacji: stosunek KOH/koks 3:1, 700 C/1 godzinę

Aktywacja alkaliami - możliwości i ograniczenia 203 Udział [%] 50 40 30 20 AP800 AP600 AP520 10 0 1 10 100 1000 Rozmiar ziaren ( m) Rys. 5. Rozkład wymiarów ziaren węgli aktywnych otrzymanych z koksów pakowych o różnym stopniu karbonizacji. Aktywacja KOH w 800 C 50 40 a CS520 ACS520 50 40 b CS800 ACS800 Udział (%) 30 20 Udział [%] 30 20 10 10 0 1 10 100 1000 0 1 10 100 1000 Rozmiar ziaren ( m) Rozmiar ziaren ( m) Rys. 6. Rozkład wymiarów ziaren koksów węglowych karbonizowanych w 520 C (a) i 800 C (b) i otrzymanych z nich węgli aktywnych. Aktywacja KOH w 800 C 2.3. Uziarnienie koksu Badania aktywacji wodorotlenkiem potasu przeprowadzone dla frakcji ziarnowych 0,1 0,63 i 0,63 1,25 mm otrzymanych z półkoksów z węgli CW i CS oraz paku P4 wykazują bardzo podobny rozwój porowatości i rozkład wymiarów ziaren produktu aktywacji niezależnie od uziarnienia surowca koksowego. 2.4. Stosunek reagentów W tabeli 2 podano parametry struktury porowatej węgli aktywnych otrzymanych z półkoksu z węgla CS i paku P4 w wyniku aktywacji KOH w 700ºC przy różnym składzie mieszaniny. Dla obu typów surowców zwiększenie nadmiaru KOH w zakresie od 2:1 do 4:1 ma znaczący wpływ na wzrost objętości i powierzchni właściwej porów. Zmniejszanie się stosunku V DR /V T i wzrost średnich wymiarów mikroporów L 0 świadczą o równoczesnym poszerzaniu się porów węgla aktywnego.

204 K. Kierzek, M. Król, H. Machnikowska, G. Gryglewicz, J. Machnikowski TABELA 2. Charakterystyka struktury porowatej produktów aktywacji KOH otrzymanych w 700 C z półkoksu węglowego i pakowego przy różnym stosunku reagentów Węgiel aktywny S BET m 2 /g V T cm 3 /g V DR cm 3 /g L 0 nm V DR /V T A-KOH/CS520-2:1 A-KOH/CS520-3:1 A-KOH/CS520-4:1 2060 2720 3140 0,80 1,12 1,46 0,75 0,89 0,91 1,14 1,54 1,52 0,93 0,79 0,62 A-KOH/P4520-2:1 A-KOH/P4520-2,5:1 A-KOH/P4520-3:1 1940 2320 2500 0,75 0,90 1,01 0,69 0,80 0,82 1,21 1,39 1,47 0,92 0,89 0,81 2.5. Temperatura aktywacji Jako dolną granicę temperatury aktywacji wodorotlenkiem potasu można przyjąć 600 C. W miarę podwyższania temperatury procesu porowatość węgla aktywnego wzrasta, początkowo znacznie, a w zakresie 700 800 C w umiarkowanym stopniu. Temperatura aktywacji jest czynnikiem, który w istotnym stopniu wpływa na charakter chemiczny powierzchni (tab. 3). Węgle aktywne otrzymane w 600ºC cechują się silnie kwasowym charakterem powierzchni (ph PZC ~3,5), co ma związek z wysoką zawartością tlenu (13 14%, obliczoną z różnicy), występującego głównie w postaci grup kwasowych: karboksylowych, laktonowych i fenolowych. Ze wzrostem temperatury aktywacji do 800ºC maleje zawartość tlenu do 6 7%, jednak nadal ugrupowania kwasowe przeważają nad zasadowymi. Rodzaj surowca praktycznie nie wpływa na właściwości chemiczne powierzchni. TABELA 3. Właściwości kwasowo-zasadowe węgli aktywnych otrzymanych z półkoksu węglowego i pakowego w różnej temperaturze aktywacji KOH Symbol próby Tlen O różn. % mas. Karboksyle Laktony Fenole Σ Grupy kwasowe Grupy zasadowe ph PZC A-P1520/600 A-P1520/700 A-CS520-700 A-CS520-800 14,4 8,7 8,2 6,4 0,78 0,52 0,71 0,34 0,69 0,46 0,22 0,28 1,00 0,89 1,21 0,86 2,48 1,87 2,14 1,48 0,54 0,62 0,62 0,85 3,6 4,5 5,4 7,1 PODSUMOWANIE Aktywacja alkaliami, zwłaszcza wodorotlenkiem potasu, jest skuteczną metodą wytwarzania mikroporowatych materiałów o kontrolowanej porowatości. Największy wpływ na rozwinięcie struktury porowatej węgla aktywnego mają temperatura wstępnej obróbki termicznej surowca (stopień karbonizacji) i stosunek KOH/surowiec w mieszaninie. Optymalny adsorbent metanu charakteryzuje się bardzo dużą powierzchnią właściwą, mikroporowatą strukturą z porami o szerokości ~1,2 nm i hydrofobowymi

Aktywacja alkaliami - możliwości i ograniczenia 205 właściwościami. Otrzymaniu węgla aktywnego o podobnych właściwościach powinno sprzyjać zastosowanie jako surowca koksu pakowego o wysokim stopniu karbonizacji lub niewielki nadmiar KOH w mieszaninie oraz stosunkowo wysoka temperatura aktywacji. Zdolność akumulowania ładunku elektrycznego na powierzchni materiału węglowego zależy od dostępnej dla elektrolitu powierzchni i może być zwiększona dzięki efektowi pseudopojemności generowanemu przez odpowiednie grupy funkcyjne. Dla tego zastosowania węgla aktywnego korzystna może być aktywacja w stosunkowo niskiej temperaturze przy dużym nadmiarze KOH. LITERATURA [1] Cook T.L., Komodromos C., Quinn D.F., Ragan S., Adsorbent Storage for Natural Gas Vehicles, (w:) Carbons Materials for Advanced Technologies (ed. T.D. Burchell), Pergamon, Amsterdam 1999, 269. [2] Marsh H., Yan D.S., O'Grady T.M., Wennerberg A., Formation of active carbons from cokes using potassium hydroxide, Carbon 1984, 22, 603-611. [3] Lozano-Castello D., Alcaniz-Monge J., de la Casa-Lillo M.A., Cazorla-Amoros D., Linares- -Solano A., Advances in the study of methane storage in porous carbonaceous materials, Fuel 2002, 81, 1777-1803. [4] Perrin A., Celzard A., Albiniak A., Kaczmarczyk J., Mareche J.F., Furdin G., NaOH activation of anthracites: effect of temperature on pore textures and methane storage ability, Carbon 2004, 42, 2855-2866. [5] Texier-Mandoki N., Dentzer J., Piquero T., Saadallah S., David P., Vix-Guterl C., Hydrogen storage in activated carbon materials: Role of the nanoporous texture, Carbon 2004, 42, 2744- -2747. [6] Kierzek K., Frąckowiak E., Lota G., Gryglewicz G., Machnikowski J., Electrochemical capacitors based on highly porous carbons prepared by KOH activation, Electrochimica Acta 2004, 49, 515-523. [7] Linares-Solano A., Lozano-Castelló D., Lillo-Ródenas M.A., Cazorla-Amorós D., Carbon activation by alkaline hydroxides: preparation and reactions, porosity and performances, Chemistry and Physics of Carbon, w druku. ACTIVATION WITH ALKALIS - POTENTIAL AND LIMITATIONS Reaction with alkalis has been recently recognized as an efficient and flexible method for producing microporous carbons of tailored properties from a variety of polymeric and carbonaceous precursors. The paper presents possibilities of influencing the properties of activated carbons which were prepared from coal and pitch derived precursors using treatment with potassium and sodium hydroxides. The activated carbons are characterized in terms of porosity development, surface properties and particle size distribution and morphology using N 2 sorption at 77 K, acid-base titration, particle size analysis and scanning electron microscopy. The suitability of alkali activated carbons for methane storage, hydrogen electrosorption and charge accumulation in electric double layer are discussed based on the study that has been recently performed by authors. KEYWORDS: KOH/NaOH activation, porosity development, surface properties, par ticle size and morphology

206 K. Kierzek, M. Król, H. Machnikowska, G. Gryglewicz, J. Machnikowski