Abstract
The use of anthracite coal as a feedstock for activated carbon is investigated. Arotating reactor was constructed to activate the coal in a carbon dioxide environment at three temperatures. The reaction was started and stopped by switching the gas atmosphere fromcarbon dioxide to nitrogen. The change in anthracite weight was followed over time, allowing a study of the overall kinetics of the reaction. Samples from the reactor were taken at specific time intervals and surface area was assessed. It was determined that BET and micropore surface areas were functions of conversion and activation temperature. Likewise, for each of the activation temperatures, good control of BET to micropore surface area ratios was demonstrated. Typical BET surface areas of nearly 1000 m2/g were obtained along with the ability to alter the micro- and meso-porous structure. Testing of these activated carbons for use in electric double layer capacitors displayed a capacitance of 140 F/g. These results are comparable to other research carbons for this application. Results on the activation of the two anthracite coal samples are reported along with details of the pore development and global kinetics of activation
چکیده
استفاده از زغال سنگ آنتراسیت به عنوان یک ماده خام برای تهیه کربن فعال مورد ارزيابي قرار گرفت. یک راکتور دوار براي فعال کردن زغال سنگ در مجاورت دی اکسید کربن در سه دمای مختلف، ساخته شد. واکنش آغاز شده و با تغییر دادن جو گازی از دی اکسید کربن به نيتروژن متوقف شد. تغییر وزن آنتراسیت با زمان دنبال شد، تا توانایی بررسی سینتیک کلی واکنش را به ما بدهد. نمونه ها در فواصل زماني مشخص از راکتور برداشته شدند و مساحت سطح آنها تعيين شد. مساحتهای سطح روش BET و ریزمنفذ تابعی از میزان تبدیل و دمای فعالسازی بود. همچنين براي هرکدام از دماهای فعال سازی، کنترل مناسب برای نسبت های مساحت سطح BET به مساحت ریزمنفذ انجام شد. مساحت سطح BET نمونه نوعي نزدیک 1000m2/g همراه با قابلیت اصلاح ساختار ریز منفذ و میان منفذ بدست آمدند. آزمایش این کربنهای فعال برای استفاده در خازن های دولایه الکتریکی ظرفیت 140F/G را نشان داد. این نتایج با سایر کربن های تحقیق شده برای این کاربرد قابل مقايسه است. نتایج فعالسازی دو نمونه زغال آنتراسیت همراه با جزییات بهبود خلل و فرج و سنتیک کلی فعالسازی گزارش شد.
کلمات کلیدی: فعال سازی آنتراسیت، کربن فعال، دی اکسید کربن
1-مقدمه
کربن های فعال به عنوان اينکه داراي مساحت سطح داخلي بالا و ساختار حفره ای ويژه ای هستند شناخته شده است. کربن های فعال به خاطر قابلیتشان در گزینش پذیری جذب مولکول‌ها از مایعات و گازها قابل توجه هستند. کربن فعال مي‌تواند با برخی مواد خام از قبیل چوب، پوست نارگیل، و زغال سنگ تولید مي‌شود. کربن های فعال نوعا با فعال سازی گرمایی در دماهای بالا تولید مي‌شوند که به موجب آن کربن در یک جو اکساینده بهسازی مي‌شود (مثلا بخار آب یا دی اکسید کربن). در نتیجه سوزاندن منجر به تشکيل یک ساختار بسيار متخلخل مي‌شود. برخی استفاده‌ها از کربن فعال شامل خالص سازی آب، جداسازی گاز یا مایع، تولید کاتالیست و استفاده در سطح خازن دولایه الکتريکي مي‌باشد. برای اکثر کاربردها، کربن فعال به خاطر قابلیتش در حذف گزينشي اجزای مولکولي معین مورد بهره‌برداري قرار مي‌گيرد در حالی که سایر اجزا پس از آن خارج مي‌شوند. در مورد خازن الکتريکي دو لایه، مساحت سطح زیاد و تخلخل کنترل شده کربن فعال به خاطر ذخيره بار الکتريکي مورد استفاده قرار مي‌گيرد...