Green preparation of fiberboard waste derived N–doped carbon catalysts with tailored properties for efficient hydrogenation reduction of nitroaromatics

煅烧 碳化 材料科学 催化作用 吸附 化学工程 比表面积 碳纤维 多孔性 杂原子 纳米技术 复合材料 有机化学 化学 复合数 工程类 戒指(化学)
作者
Tao Ding,Wen Xu,J. G. Zhang,Xiaoxin Zhang,Hui Sun,Lei Shi,Juntao Wei,Deliang Xu,Shu Zhang,Xiaoguang Duan,Jinqiang Zhang,Shaobin Wang,Hongqi Sun
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:489: 151197-151197
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.151197
摘要

Biomass–derived carbon materials doped with diverse heteroatoms have demonstrated huge potentials for environment and energy applications, thanks to the availability, preferable porous and channel structures, and excellent conductivity and stability. In this work, fiberboard waste containing resin–based adhesive was selected for the green fabrication of N–doped carbon catalysts without using extra N–sources. A facile two–step calcination strategy with sequential carbonization and activation was proposed for generation and exposure of indispensable active sites, realizing the controllable regulation of textural and morphological characteristics. The resulting N–doped fiberboard derived carbon (NFC) samples possessed unique hierarchically porous structures with a significantly enlarged surface area, plentiful activity–dependent N species (e.g., graphitic N and pyridinic N), as well as suitable graphitization degree and surface hydrophilicity. As a result, a favorable adsorption procedure and an enhanced accessibility of active sites synergistically boosted the catalytic performance towards hydrogenation reduction of nitroaromatics. Taking the NFC–hh sample as paradigm, an excellent performance was demonstrated for 4–nitrophenol (4–NP) reduction, achieving a high apparent rate constant of 0.40 min−1 and an impressive turnover frequency of ∼0.20 mmol g−1 min−1. Besides, the continuous–flowing catalytic test exhibited an excellent conversion efficiency > 99.50% with a long–term stability over 100 h, showing an attractive prospect for industrial application. This work presents a new approach for high value–added utilization of biomass waste, and provides a low–cost and high–active catalyst for environmental remediation.
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