Вплив умов карбонізації на пористу структуру вуглецевих матеріалів
In this paper, changes in the porous structure of carbon material are investigated during chemical activation of apricot pit at different temperatures. The main purpose of the research has been to study the features of the internal micro- and mesostructure of the carbon surface, as well as to find p...
Saved in:
| Date: | 2022 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2022
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/639 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543939253764096 |
|---|---|
| author | Vashchynskyi, V. M. Semkiv, I. V. Kashuba, A. I. Petrus’, R. V. |
| author_facet | Vashchynskyi, V. M. Semkiv, I. V. Kashuba, A. I. Petrus’, R. V. |
| author_sort | Vashchynskyi, V. M. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-09-17T11:38:10Z |
| description | In this paper, changes in the porous structure of carbon material are investigated during chemical activation of apricot pit at different temperatures. The main purpose of the research has been to study the features of the internal micro- and mesostructure of the carbon surface, as well as to find patterns in the size distribution of pores dependent on the carbonization temperature of plant raw materials and subsequent chemical activation.The object of the study is porous carbon material, obtained from dried apricot fruit pits, pre-crushing, and cleaned from the core. This raw material has been carbonized at 300–900 °C with an interval of 100 °C and subjected to chemical activation by potassium hydroxide in the weight ratio XК, where ХК = m(KOH)/m(C). Thereby, a series of samples C3?C9 has been obtained.The porous structure characteristics (specific surface area and total pore volume) of porous carbon material have been determined based on the analysis of nitrogen adsorption / desorption isotherms. It has been found that these materials have a frame structure with a large number of micropores. The analysis of literature data has revealed that the experimental curves belong to the isotherms that are characteristic of multilayer adsorption in micro- and mesopores of materials of organic origin. The hysteresis loop observed on these isotherms is related to the sorption processes in narrow pores. It has been found that carbonization of raw materials and chemical activation contribute to the cleaning of the frame structure, and there are acceptable modes of heat treatment of raw materials of plant origin, which determine the optimal pore size distribution and have a specific surface area S = (1042–1313) m2/g.With the help of scanning electron microscopy, the peculiarities of the formation of impurities on the surface of the original samples have been studied and their nature has been elucidated. It has been found that the largest total pore area has a sample carbonized at 600 ?C, and the largest pore volume Vtotal = 0.68 cm3/g for sample C3 is associated with a significant number of mesopores in the porous structure. As the carbonation temperature increases to 800-900 °C, narrow micropores degenerate and the carbon matrix transforms, resulting in a decrease in both the total pore area and the total porous volume. |
| first_indexed | 2025-09-24T17:25:25Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-639 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-02T15:19:44Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-6392022-09-17T11:38:10Z Influence of carbonization conditions on porous structure of carbon materials Вплив умов карбонізації на пористу структуру вуглецевих матеріалів Vashchynskyi, V. M. Semkiv, I. V. Kashuba, A. I. Petrus’, R. V. porous carbon material carbonization chemical activation specsfic surface scanning electron microscopy пористий вуглецевий матеріал карбонізація хімічна активація питома поверхня скануюча електронна мікроскопія In this paper, changes in the porous structure of carbon material are investigated during chemical activation of apricot pit at different temperatures. The main purpose of the research has been to study the features of the internal micro- and mesostructure of the carbon surface, as well as to find patterns in the size distribution of pores dependent on the carbonization temperature of plant raw materials and subsequent chemical activation.The object of the study is porous carbon material, obtained from dried apricot fruit pits, pre-crushing, and cleaned from the core. This raw material has been carbonized at 300–900 °C with an interval of 100 °C and subjected to chemical activation by potassium hydroxide in the weight ratio XК, where ХК = m(KOH)/m(C). Thereby, a series of samples C3?C9 has been obtained.The porous structure characteristics (specific surface area and total pore volume) of porous carbon material have been determined based on the analysis of nitrogen adsorption / desorption isotherms. It has been found that these materials have a frame structure with a large number of micropores. The analysis of literature data has revealed that the experimental curves belong to the isotherms that are characteristic of multilayer adsorption in micro- and mesopores of materials of organic origin. The hysteresis loop observed on these isotherms is related to the sorption processes in narrow pores. It has been found that carbonization of raw materials and chemical activation contribute to the cleaning of the frame structure, and there are acceptable modes of heat treatment of raw materials of plant origin, which determine the optimal pore size distribution and have a specific surface area S = (1042–1313) m2/g.With the help of scanning electron microscopy, the peculiarities of the formation of impurities on the surface of the original samples have been studied and their nature has been elucidated. It has been found that the largest total pore area has a sample carbonized at 600 ?C, and the largest pore volume Vtotal = 0.68 cm3/g for sample C3 is associated with a significant number of mesopores in the porous structure. As the carbonation temperature increases to 800-900 °C, narrow micropores degenerate and the carbon matrix transforms, resulting in a decrease in both the total pore area and the total porous volume. В цій роботі досліджені зміни пористої структури вуглецевого матеріалу при хімічній активації абрикосової кісточки при різних температурах. Основна мета роботи полягала у вивченні особливостей внутрішньої мікро- та мезоструктури поверхні вуглецю, а також встановленні закономірностей у розподілі пор за розмірами залежно від температури карбонізації вихідної сировини рослинного походження та наступної хімічної активації.Об’єкт дослідження – пористий вуглецевий матеріал, одержаний із сухих фруктових кісточок абрикосу, попередньо подрібнених та очищених від серцевини. Дана сировина карбонізувалась при 300–900 °С з інтервалом 100 °С та піддавалась хімічній активації гідроксидом калію у ваговому відношенні XК , де ХК = m(KOH)/m(C). Таким чином отримано серію зразків С3–С9.Характеристики пористої структури (питому площу поверхні і загальний об’єм пор) пористого вуглецевого матеріалу було визначено на основі аналізу ізотерм адсорбції/десорбції азоту. Встановлено, що дані матеріали мають каркасну структуру з великою кількістю мікропор. З аналізу літературних даних виявлено, що експериментальні криві належать до ізотерм, які характерні для багатошарової адсорбції в мікро- та мезопорах матеріалів органічного походження. Петля гістерезису, що спостерігається на цих ізотермах, пов’язана із процесами сорбції у вузьких порах. Показано, що карбонізація вихідної сировини та хімічна активація сприяють очищенню каркасної структури, а також існують прийнятні режими термообробки вихідної сировини рослинного походження, які визначають оптимальний розподіл пор за розмірами та мають питому площу поверхні S = (1042–1313) м2/г.За допомогою скануючої електронної мікроскопії досліджено особливості утворення включень на поверхні вихідних зразків та встановлено їхню природу. Встановлено, що найбільшу загальну площу пор має зразок, карбонізований при 600 °С, а найбільший об’єм пор Vtotal = 0.68 см3/г для зразка С3 пов’язаний із значною кількістю мезопор у пористій структурі. При збільшенні температури карбонізації до 800–900 °С відбувається виродження вузьких мікропор та трансформація вуглецевої матриці, внаслідок чого спостерігається зменшення як загальної площі пор, так і сумарного пористого об’єму. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2022-08-27 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/639 10.15407/hftp13.03.349 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 13 No. 3 (2022): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 349-357 Химия, физика и технология поверхности; Том 13 № 3 (2022): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 349-357 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 13 № 3 (2022): Хімія, фізика та технологія поверхні; 349-357 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp13.03 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/639/652 Copyright (c) 2022 V. M. Vashchynskyi, I. V. Semkiv, A. I. Kashuba, R. V. Petrus’ |
| spellingShingle | пористий вуглецевий матеріал карбонізація хімічна активація питома поверхня скануюча електронна мікроскопія Vashchynskyi, V. M. Semkiv, I. V. Kashuba, A. I. Petrus’, R. V. Вплив умов карбонізації на пористу структуру вуглецевих матеріалів |
| title | Вплив умов карбонізації на пористу структуру вуглецевих матеріалів |
| title_alt | Influence of carbonization conditions on porous structure of carbon materials |
| title_full | Вплив умов карбонізації на пористу структуру вуглецевих матеріалів |
| title_fullStr | Вплив умов карбонізації на пористу структуру вуглецевих матеріалів |
| title_full_unstemmed | Вплив умов карбонізації на пористу структуру вуглецевих матеріалів |
| title_short | Вплив умов карбонізації на пористу структуру вуглецевих матеріалів |
| title_sort | вплив умов карбонізації на пористу структуру вуглецевих матеріалів |
| topic | пористий вуглецевий матеріал карбонізація хімічна активація питома поверхня скануюча електронна мікроскопія |
| topic_facet | porous carbon material carbonization chemical activation specsfic surface scanning electron microscopy пористий вуглецевий матеріал карбонізація хімічна активація питома поверхня скануюча електронна мікроскопія |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/639 |
| work_keys_str_mv | AT vashchynskyivm influenceofcarbonizationconditionsonporousstructureofcarbonmaterials AT semkiviv influenceofcarbonizationconditionsonporousstructureofcarbonmaterials AT kashubaai influenceofcarbonizationconditionsonporousstructureofcarbonmaterials AT petrusrv influenceofcarbonizationconditionsonporousstructureofcarbonmaterials AT vashchynskyivm vplivumovkarbonízacíínaporistustrukturuvuglecevihmateríalív AT semkiviv vplivumovkarbonízacíínaporistustrukturuvuglecevihmateríalív AT kashubaai vplivumovkarbonízacíínaporistustrukturuvuglecevihmateríalív AT petrusrv vplivumovkarbonízacíínaporistustrukturuvuglecevihmateríalív |