Activation-free synthesis of nitrogen-doped biochar for enhanced adsorption of CO2

生物炭 吸附 碳化 表面改性 热解 化学工程 氮气 碳纤维 化学 比表面积 沸石咪唑盐骨架 多孔性 材料科学 有机化学 金属有机骨架 复合数 催化作用 复合材料 工程类
作者
Junjie Zhang,Danru Huang,Jingai Shao,Xiong Zhang,Haiping Yang,Shihong Zhang,Hanping Chen
出处
期刊:Journal of Cleaner Production [Elsevier BV]
卷期号:355: 131642-131642 被引量:104
标识
DOI:10.1016/j.jclepro.2022.131642
摘要

Biochar is a renewable, low-cost carbon material with CO2 adsorption potential. The modification of biochar is of significance for enhanced CO2 adsorption and the high-value utilization of biochar. To make the modification process cleaner, in this study, a straightforward and activation-free synthetic strategy of nitrogen-doped porous carbon by co-carbonizing biochar and zeolitic imidazolate framework (ZIF-8) was demonstrated. The results showed that the nitrogen groups were uniformly introduced onto the surface of the biochar after modification. The interaction between biochar and ZIF-8 during thermal treatment improved the porosity of the products (especially the microporosity); this interaction became more significant with the increase of carbonization temperature. The surface area of biochar increased immensely from 3.0 to 989.3 m2/g, and its CO2 adsorption capacity increased from 0.52 to 2.43 mmol/g after modification (1 atm, 30 °C). Moreover, the density functional theory (DFT) calculation results show that the nitrogen and oxygen functional groups, especially C–O/CO and graphitic-N, have an obvious synergistic effect on CO2 adsorption and its CO2 adsorption performance is mainly dependent on the pores ranged from 0.62 to 0.72 nm. This work provides new insight into the design of modified biochar for CO2 adsorption.
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