Fabrication of N, O dual-doped ultra-microporous carbon from microalgae for efficient CO2 capture via deep eutectic solvent-assisted hydrothermal carbonization

微型多孔材料 水热碳化 碳纤维 化学工程 碳化 材料科学 吸附 氮气 深共晶溶剂 氧气 化学 共晶体系 有机化学 复合材料 工程类 复合数 合金
作者
Rui Huang,Anding Zhong,Kexia Huang,Yujie Yu,Yumu Tang,Peng Xia
出处
期刊:Journal of environmental chemical engineering [Elsevier BV]
卷期号:11 (6): 111474-111474 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.jece.2023.111474
摘要

A novel approach for porous carbon fabrication from microalgae is presented for efficient CO2 capture. Microalgae-derived hydrochar is produced through deep eutectic solvent-assisted hydrothermal carbonization (DES-HTC), followed by chemical activation to obtain N, O dual-doped ultra-microporous carbon. The finalized carbon exhibited high nitrogen content (3.92%), oxygen content (21.46%), and ultra-micropore volume (0.25 cm3/g). Subsequently, it exhibited excellent CO2 adsorption capacity (4.37 mmol/g) and CO2/N2 selectivity (32) at 25 °C and 1 bar. Equilibrium and in-situ FTIR spectra of CO2 adsorption substantiated that the synergy between the abundant oxygen and nitrogen functional groups and the ample ultra-micropores significantly enhanced the capacity. Characterization of hydrochar indicated that the addition of DES during HTC effectively accelerated the Maillard reaction, facilitating the insertion of nitrogen and oxygen atoms into the carbon matrix and reducing their loss in subsequent chemical activation. Furthermore, DES was found to increase thermally unstable oxygen functional groups during HTC, promoting in ultra-micropore formation during activation. These findings provide a framework for advancing microalgae-based carbon materials in CO2 capture applications.
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