Pore Reorganization of Porous Carbon during Trace Calcium-Catalyzed Coal Activation for Adsorption Applications

吸附 微型多孔材料 化学工程 催化作用 多孔性 材料科学 碳纤维 多孔介质 罗丹明B 无机化学 化学 有机化学 复合材料 复合数 工程类 光催化
作者
Lijie Wang,Fei Sun,Jihui Gao,Yuwen Zhu,Tong Pei,Longxin Li,Guangbo Zhao,Yukun Qin
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:32 (9): 9191-9201 被引量:27
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.8b01974
摘要

Aiming to widely engineering the pore structure of porous carbons to obtain broadened adaptabilities toward various adsorption applications, we propose a catalytic activation strategy by introducing a trace amount of calcium-containing additive (≤1% weight ratio of coal) into the coal framework for synthesis of porous carbons with a wide tunability over pore configurations using a low-rank coal as stock. It is demonstrated that the loaded calcium species can catalyze the reactions between CO2 and the coal framework, causing intense pore reorganization and development. Moreover, the pore configuration of the resulting porous carbons can be readily adjusted by changing calcium source types and doses, enabling the formation of microporous or hierarchically porous carbons. Evaluated as adsorbents, the as-obtained microporous carbon shows good CO2 adsorption property with a capacity of 4.4 mmol/g and high selectivity for CO2 against N2 (85.6), while the hierarchically porous carbon demonstrates to be a promising candidate as an organic dye (Rhodamine B) adsorbent with a high rate and high capacity (786 mg/g within ca. 5 min). Considering the very small amount of calcium additives and the simple preparation process, this study offers a convenient and readily scalable way to make high-value use of the low-rank coal and a new strategy to control the porosity of porous carbons with broadened adaptabilities toward various adsorption requirements.
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