Valorization of Lignin Waste: Carbons from Hydrothermal Carbonization of Renewable Lignin as Superior Sorbents for CO2 and Hydrogen Storage

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作者
Wantana Sangchoom,Robert Mokaya
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:3 (7): 1658-1667 被引量:161
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.5b00351
摘要

This report presents the preparation of renewable carbons from hydrothermally carbonized lignin waste. The hydrothermally carbonized mineral-free lignin-derived hydrochar was activated with KOH to yield carbons with surface area of 1157–3235 m2 g–1 and pore volume of 0.59–1.77 cm3 g–1. Activation at KOH/carbon = 2, generates highly microporous carbons (≥97% micropore surface area and 93% micropore volume), which exhibit excellent CO2 uptake capacity; up to 4.6 mmol g–1 at 1 bar and 25 °C, and 17.3 mmol g–1 at 20 bar and 25 °C, whereas at 0 °C and 1 bar, they store up to 7.4 mmol g–1. Activation at KOH/carbon = 4 can generate carbons with surface area and pore volume of up to 3235 m2 g–1 and 1.77 cm3 g–1, respectively, which have hydrogen uptake of up to 6.2 wt % at −196 °C and 20 bar. The simplicity of hydrothermal carbonization in generating hydrochars suitable for activation from readily available lignin waste, without the need for a demineralization step, makes these carbons attractive as gas storage materials for energy related applications. Furthermore, the lignin-derived carbons offer advantages with respect to attainable porosity and gas storage capacity compared to other forms of biomass (e.g., cellulose)-derived carbons.

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