Boosting SO2 Capture within Nitrogen-Doped Microporous Biocarbon Nanosheets

三聚氰胺 多孔性 纳米片 材料科学 微型多孔材料 化学工程 氮气 吸附 介孔材料 纳米技术 兴奋剂 化学 有机化学 催化作用 复合材料 工程类 光电子学
作者
Linfeng Luo,Weijie Zhang,Ce Song,Juntao Tang,Fangyuan Hu,Jian Pan,Yuanbo Zhang,Chunyue Pan,Guipeng Yu,Xigao Jian
出处
期刊:Industrial & Engineering Chemistry Research [American Chemical Society]
卷期号:61 (27): 9785-9794 被引量:7
标识
DOI:10.1021/acs.iecr.2c00548
摘要

The capture of corrosive SO2 is of great importance in power plants but remains an energetically challenging process. We herein report a strategy to boost SO2 capture under low partial pressure conditions using cost-effective bio-resourced porous carbons (PCs), which involves controlling the microporosity and nitrogen content of nanosheet-like biocarbons to enhance interactions with SO2. This approach uses inexpensive biomass-derived humic acid as a precursor and melamine as a nitrogen source, where the N-doping level, porosity, and morphology are effectively regulated by Pluronic P123-induced self-assembly. The obtained PCs revealed a new record-high adsorption capacity (7.9 mmol/g at 25 °C/0.25 bar) for SO2 with an acceptable recyclability (over three cycles), which exceeded state-of-the-art porous sorbents. The strong affinity toward SO2, which was exemplified by in situ spectroscopic investigations and quantum-chemical calculations, was mainly attributed to strong hydrogen bonding of SO2 with −CH2 or −CH groups adjacent to the nitrogen atoms in the backbone as opposed to SO2-nitrogen interactions. This method opens a novel route to the preparation of biocarbon materials exhibiting specific morphologies and high porosities, in addition to contributing to the development of a potential method for the capture of SO2 by tailorable PCs in industrial processes.
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