Вплив гідроксиду калію на структуру і розвиток поверхні бурого вугілля при лужній активації
This work was aimed on 1) evaluating alterations of spatial structure and paramagnetic properties of brown coal (BC) caused by KOH intercalated under alkali impregnation and 2) studying KOH influence on BC thermolysis and formation of porous carbons under alkali activation in argon (800 °C, 1 h).The...
Gespeichert in:
| Datum: | 2017 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2017
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/421 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543887846277120 |
|---|---|
| author | Kucherenko, V. O. Tamarkina, Yu. V. Rayenko, G. F. |
| author_facet | Kucherenko, V. O. Tamarkina, Yu. V. Rayenko, G. F. |
| author_sort | Kucherenko, V. O. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:14:56Z |
| description | This work was aimed on 1) evaluating alterations of spatial structure and paramagnetic properties of brown coal (BC) caused by KOH intercalated under alkali impregnation and 2) studying KOH influence on BC thermolysis and formation of porous carbons under alkali activation in argon (800 °C, 1 h).The spatial structure of BC impregnated (BCI) was characterized by X-ray diffraction as parameters of coal crystallites: the interlayer distance d002, height Lc, the average diameter of polyarene (graphene) layer La, the volume Vcr and the average number of layers Ncr. The unpaired electron concentration [е–] was measured by ESR. Thermolysis of BC and BCI was described by differential thermogravimetry (4 deg/min) which gave the rates of volatile products formation (?t) for the thermolysis temperature t = 300, 700, 800 °C.The relationships of BCI properties (d002, Lc, La, Vкр Nкр, [e], ?300, ?700, ?800,) as well as yield (Y) and specific surface area (SBET) of асtivated carbons versus the alkali/coal ratio RKOH?15 mmol/g were obtained. They identified two regions: I (RKOH?6 mmol/g) and II (RKOH>6 mmol/g). In region I, the RKOH increase enhances the degree of substitution of acid groups protons by K+-ions (with full replacement at RKOH=6 mmol/g), slightly changes the spatial structure, increases the concentration of [e?] (from 2.7?1018 to 5.0?1018 spin/g), linearly decreases the rate ?300 (from 0.12 to 0.03 mg/g?s) due to alkali promotion of condensation reactions. They are revealed under alkaline activation (800 °С): the solids yield changes on a curve with a maximum at RKOH~2 mmol/g (43 % ? 49 % ? 39 %), the SBET changes on a curve with a minimum (210 ? 120 ? 730 m2/g).In region II, the RKOH increase enhances the coal crystallite volume (from 1.37 до 2.05 nm3) due to KOH intercalation and formation of additional crystallite layers (4 vs 3), linearly raises the ?300 rate (0.03 to 0.20 mg/g?s) by increasing the contribution of C-O and C-C bonds heterolysis. The active carbons yield decreases (from 39 % to 33 %), the SBET surface grows linearly (from 730 to about 970 m2/g).The KOH capability to develop the surface was proposed to evaluate by the coefficient KEF=?SBET/?RKOH defining the SBET increment with increasing alkali quantities. The KEF values were determined to be significant (200–300 m2/mmol) within RKOH=2.5–4.0 mmol/g. Catalysis of KOH-initiated pore-forming reactions in this RKOH interval is presupposed to be a useful approach of porous structure development at low KOH/coal ratios that is technologically attractive due to decreasing volumes of reagents and alkaline waste water during activated carbon separation. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:32:56Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-421 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-17T12:07:45Z |
| publishDate | 2017 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-4212022-06-29T10:14:56Z Potassium hydroxide influence on the structure and surface area development of brown coal under alkali activation Влияние гидроксида калия на структуру и развитие поверхности бурого угля при щелочной активации Вплив гідроксиду калію на структуру і розвиток поверхні бурого вугілля при лужній активації Kucherenko, V. O. Tamarkina, Yu. V. Rayenko, G. F. brown coal potassium hydroxide spatial structure activation specific surface area буре вугілля гідроксид калію просторова структура активація питома поверхня бурый уголь гидроксид калия пространственная структура активация удельная поверхность This work was aimed on 1) evaluating alterations of spatial structure and paramagnetic properties of brown coal (BC) caused by KOH intercalated under alkali impregnation and 2) studying KOH influence on BC thermolysis and formation of porous carbons under alkali activation in argon (800 °C, 1 h).The spatial structure of BC impregnated (BCI) was characterized by X-ray diffraction as parameters of coal crystallites: the interlayer distance d002, height Lc, the average diameter of polyarene (graphene) layer La, the volume Vcr and the average number of layers Ncr. The unpaired electron concentration [е–] was measured by ESR. Thermolysis of BC and BCI was described by differential thermogravimetry (4 deg/min) which gave the rates of volatile products formation (?t) for the thermolysis temperature t = 300, 700, 800 °C.The relationships of BCI properties (d002, Lc, La, Vкр Nкр, [e], ?300, ?700, ?800,) as well as yield (Y) and specific surface area (SBET) of асtivated carbons versus the alkali/coal ratio RKOH?15 mmol/g were obtained. They identified two regions: I (RKOH?6 mmol/g) and II (RKOH>6 mmol/g). In region I, the RKOH increase enhances the degree of substitution of acid groups protons by K+-ions (with full replacement at RKOH=6 mmol/g), slightly changes the spatial structure, increases the concentration of [e?] (from 2.7?1018 to 5.0?1018 spin/g), linearly decreases the rate ?300 (from 0.12 to 0.03 mg/g?s) due to alkali promotion of condensation reactions. They are revealed under alkaline activation (800 °С): the solids yield changes on a curve with a maximum at RKOH~2 mmol/g (43 % ? 49 % ? 39 %), the SBET changes on a curve with a minimum (210 ? 120 ? 730 m2/g).In region II, the RKOH increase enhances the coal crystallite volume (from 1.37 до 2.05 nm3) due to KOH intercalation and formation of additional crystallite layers (4 vs 3), linearly raises the ?300 rate (0.03 to 0.20 mg/g?s) by increasing the contribution of C-O and C-C bonds heterolysis. The active carbons yield decreases (from 39 % to 33 %), the SBET surface grows linearly (from 730 to about 970 m2/g).The KOH capability to develop the surface was proposed to evaluate by the coefficient KEF=?SBET/?RKOH defining the SBET increment with increasing alkali quantities. The KEF values were determined to be significant (200–300 m2/mmol) within RKOH=2.5–4.0 mmol/g. Catalysis of KOH-initiated pore-forming reactions in this RKOH interval is presupposed to be a useful approach of porous structure development at low KOH/coal ratios that is technologically attractive due to decreasing volumes of reagents and alkaline waste water during activated carbon separation. Исследованы изменения структуры и характера термолиза бурого угля, обусловленного интеркалированием KOH при соотношении щелочь/уголь RKOH?15 ммоль/г. На зависимостях глубины изменений от RKOH идентифицированы две области I и II. В области I (RKOH?6 ммоль/г) все протоны ОН-групп замещены ионами K+, скорость выделения летучих продуктов при 300 °С (?300) линейно снижается, выход твердых продуктов при 800 °С меняется по кривой с максимумом, а SBET – по кривой с минимумом вследствие щелочного промотирования реакций конденсации. В области II (RKOH>6 ммоль/г) возрастают объем угольных кристаллитов (с 1.37 до 2.05 нм3) и скорость ?300 за счет повышения вклада гетеролиза С-О и С-С связей. Способность KОН развивать SBET, оцениваемая коэффициентом KЭФ=?SBET/?RKOH, максимальна (KЭФ=200–300 м2/ммоль) в интервале RKOH=2.5–4/0 ммоль/г, в котором катализ порообразующих реакций может быть наиболее эффективным. Досліджено зміни структури та характеру термолізу бурого вугілля, які обумовлені интеркалюванням KOH при співвідношенні луг/вугілля RKOH?15 ммоль/г. На залежностях глибини змін від RKOH ідентифіковано дві області I і II. В області I (RKOH?6 ммоль/г) всі протони ОН-груп заміщені іонами K+, швидкість виділення летких продуктів при 300 °С (?300) лінійно знижується, вихід твердих продуктів при 800 °С змінюється по кривій з максимумом, а SBET – по кривій з мінімумом внаслідок лужного промотування реакцій конденсації. В області II (RKOH>6 ммоль/г) зростають об’єм вугільних кристалітів (з 1.37 до 2.05 нм3) і швидкість ?300 за рахунок підвищення вкладу гетеролізу С-О та С-С зв’язків. Здатність KОН розвивати SBET, що оцінюється коефіцієнтом KЕФ=?SBET/?RKOH, максимальна (KЕФ=200–300 м2/ммоль) в інтервалі RKOH=2.5-4.0 ммоль/г, в якому каталіз пороутворюючих реакцій може бути найбільш ефективним. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2017-05-19 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/421 10.15407/hftp08.02.133 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 8 No. 2 (2017): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 133-142 Химия, физика и технология поверхности; Том 8 № 2 (2017): Химия, физика и технология поверхности; 133-142 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 8 № 2 (2017): Хімія, фізика та технологія поверхні; 133-142 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp08.02 ru https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/421/419 Copyright (c) 2017 V. O. Kucherenko, Yu. V. Tamarkina, G. F. Rayenko |
| spellingShingle | буре вугілля гідроксид калію просторова структура активація питома поверхня Kucherenko, V. O. Tamarkina, Yu. V. Rayenko, G. F. Вплив гідроксиду калію на структуру і розвиток поверхні бурого вугілля при лужній активації |
| title | Вплив гідроксиду калію на структуру і розвиток поверхні бурого вугілля при лужній активації |
| title_alt | Potassium hydroxide influence on the structure and surface area development of brown coal under alkali activation Влияние гидроксида калия на структуру и развитие поверхности бурого угля при щелочной активации |
| title_full | Вплив гідроксиду калію на структуру і розвиток поверхні бурого вугілля при лужній активації |
| title_fullStr | Вплив гідроксиду калію на структуру і розвиток поверхні бурого вугілля при лужній активації |
| title_full_unstemmed | Вплив гідроксиду калію на структуру і розвиток поверхні бурого вугілля при лужній активації |
| title_short | Вплив гідроксиду калію на структуру і розвиток поверхні бурого вугілля при лужній активації |
| title_sort | вплив гідроксиду калію на структуру і розвиток поверхні бурого вугілля при лужній активації |
| topic | буре вугілля гідроксид калію просторова структура активація питома поверхня |
| topic_facet | brown coal potassium hydroxide spatial structure activation specific surface area буре вугілля гідроксид калію просторова структура активація питома поверхня бурый уголь гидроксид калия пространственная структура активация удельная поверхность |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/421 |
| work_keys_str_mv | AT kucherenkovo potassiumhydroxideinfluenceonthestructureandsurfaceareadevelopmentofbrowncoalunderalkaliactivation AT tamarkinayuv potassiumhydroxideinfluenceonthestructureandsurfaceareadevelopmentofbrowncoalunderalkaliactivation AT rayenkogf potassiumhydroxideinfluenceonthestructureandsurfaceareadevelopmentofbrowncoalunderalkaliactivation AT kucherenkovo vliâniegidroksidakaliânastrukturuirazvitiepoverhnostiburogouglâpriŝeločnojaktivacii AT tamarkinayuv vliâniegidroksidakaliânastrukturuirazvitiepoverhnostiburogouglâpriŝeločnojaktivacii AT rayenkogf vliâniegidroksidakaliânastrukturuirazvitiepoverhnostiburogouglâpriŝeločnojaktivacii AT kucherenkovo vplivgídroksidukalíûnastrukturuírozvitokpoverhníburogovugíllâprilužníjaktivacíí AT tamarkinayuv vplivgídroksidukalíûnastrukturuírozvitokpoverhníburogovugíllâprilužníjaktivacíí AT rayenkogf vplivgídroksidukalíûnastrukturuírozvitokpoverhníburogovugíllâprilužníjaktivacíí |