Конверсия александрийского бурого угля в микропористый углеродный материал в условиях щелочной активации

Abstract

We studied the pore structure of activated carbons (ACs) formed during the thermolysis of Aleksandriya brown coal (Ukraine), which was preliminary impregnated with alkali metal hydroxides, МОН with M being Li, Na, or K. We explored how pore structure parameters such as surface area, a total pore volume, meso- and micropore volume are modified with changing processing parameters such as temperature, an alkali/coal ratio (up to 2 g/g) and the nature of alkali cation. We also determined pore size distribution for meso- and micropores and compared all the three hydroxides as to their effect on porosity development. The formation of microporous structure is evidenced on heating a KOH-impregnated coal (1 g/g) from 400 to 800 0С: a surface area rises from 13 to 1005 m2/g, while a micropore volume fraction increases from 1 to 68 % of the total pore volume. Microporous carbon is formed at 800 0C over 1 hin a yield of 30 %with SBET=1005 m2/g, a total pore volume of 0.55 cc/g and a micropore volume of 0.38 cc/g. The total pore volume grows monotonously in the range LiОН<NaОН<KОН. Potassium hydroxide is found to promote microporosity development, whereas both LiOH and NaOH (at 18 mmol/g) act as inhibitors for micropore growth.

Была изучена пористая структура активированного угля (АУ), полученного термолизом бурого угля Александрийского месторождения (Украина), предварительно импрегнированного гидроксидом щелочного металла, МОН, где M = Li, Na, K. Было изучено, как меняются удельная поверхность, суммарный объем пор, объемы мезо- и микропор с изменением параметров процесса, таких как температура, соотношение щелочь/уголь (до 2 г/г) и природа катиона. Также было установлено распределение мезо- и микропор по размерам и влияние разных щелочей на развитие пористости. Очевидно, что микропористая система развивается при нагревании (от 400 оС до 800 оС) угля, импрегнированного КОН: удельная поверхность возрастает от 13 до 1005 м2/г, тогда как доля микропор увеличивается с 1 до 68 % общего объема пор. Микропористый материал формируется при 800 оС за 1 ч с выходом 30 %, удельной поверхностью 1005 м2/г, общим объемом пор 0,55 см3/г и объемом микропор 0,38 см3/г. Суммарный объем пор растет монотонно в ряду LiОН<NaОН<KОН.