Enhanced SO2 adsorption performance on nitrogen-doped biochar: Insights from generalized two-dimensional correlation infrared spectroscopy

生物炭 吸附 氮气 傅里叶变换红外光谱 化学 微型多孔材料 红外光谱学 氢键 化学工程 热解 分子 有机化学 工程类
作者
Xiong Zhang,Shibiao Zhang,Junjie Zhang,Guangyang Li,Huanhuan Zheng,Jingai Shao,Shihong Zhang,Haiping Yang,Hanping Chen
出处
期刊:Fuel [Elsevier BV]
卷期号:354: 129266-129266 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.fuel.2023.129266
摘要

Nitrogen-doped biochar is considered as a renewable, cost-effective, and promising SO2 adsorbent. However, it is difficult to improve the physicochemical properties of biochar synergistically and clarify the adsorption mechanism. Therefore, in this study, a one-step high-temperature CO2-NH3 modification method was proposed for biochar to improve its SO2 adsorption, and the in situ Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy (in situ DRIFTS) was used to reveal the interface reaction mechanism between SO2 and nitrogen-doped biochar. The results showed that when the modification temperature exceeded 700 °C, CO2 and NH3 exhibited significant thermal activation and nitrogen doping on biochar simultaneously. Under a modification temperature of 800 °C (BCAN-800), the microporous surface area and nitrogen content of modified biochar reached the highest value of 563.83 m2/g and 6.63 wt%. The SO2 adsorption capacities of BCAN-800 were up to 201.89 mg/g and 145.68 mg/g at 30 °C and 120 °C, respectively. The results of in situ DRIFTS showed that dimeric and bridge hydrogen bonds were the main SO2 adsorption sites on nitrogen-doped biochar at 30 °C. With the increase of adsorption temperature, nitrogen-containing groups as the main adsorption site could combine with SO2 to form sulfamide (60 °C), which eventually existed in a more stable form of SO42−/R-O-SO2-OR′ (120 °C).
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