Low temperature and facile synthesis of nitrogen-doped hierarchical porous carbon derived from waste polyethylene terephthalate for efficient CO2 capture

吸附 碳化 聚对苯二甲酸乙二醇酯 化学工程 材料科学 氮气 碳纤维 微型多孔材料 乙烯 多孔性 掺杂剂 兴奋剂 有机化学 化学 催化作用 复合材料 光电子学 复合数 工程类
作者
Shaojie Zhou,Haiyang Xu,Shurong Wang,Hongyu Feng,Yanjun Hu,Shicheng Zhang
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier]
卷期号:914: 169856-169856
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2023.169856
摘要

Waste polyethylene terephthalate (PET) with high carbon content (>60 wt%) has shown great potential in the field of synthesizing carbon materials for CO2 capture, attracting increasing attention. Herein, an innovative strategy was proposed to synthesize nitrogen-doped hierarchical porous carbon (PC) for CO2 capture using PET as precursor and sodium aminate (NaNH2) as both nitrogen dopant and low-temperature activator. As-synthesized N-doped PC exhibited a significantly high micropore volume of 0.755 cm3/g and a rich content of N- and O-containing functional groups, offering ample active sites for CO2 molecules. Further, the adsorbents demonstrated excellent CO2 capture capacity, achieving 5.7 mmol/g (0 °C) and 3.3 mmol/g (25 °C) at 1 bar, respectively. This was primarily attributed to the synergistic effect of narrow micropores filling and electrostatic interactions. Moreover, as-synthesized PC exhibited rapid CO2 adsorption capability, and its dynamic adsorption process was effectively described using a pseudo-second-order kinetic model. After five consecutive cycles, PET-derived PC still maintained ~100 % of adsorption capacity. They also possessed good CO2/N2 selectivity and reasonable isosteric heat of adsorption. Therefore, as-synthesized nitrogen-doped PC is a promising CO2 adsorbent through low-temperature activation of carbonized PET with NaNH2. Such findings have substantial implications for waste plastic recycling and mitigating the greenhouse effect.
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