31918

بررسي عوامل مؤثر بر سنتز كربنفعال با استفاده از پيروليز زيستتوده

كارشناسي ارشد

مهندسي سراميك

1400

1403/6/27

دكتر مهدي ملكي

ندارد

مهندسي مواد و متالورژي

كربنفعال، كربني متخلخل است كه به دليل هزينه كم، تخلخل بالا و پايداري شيميايي مطلوب، يك ماده مهم در كاربردهاي گوناگوني مانند جذب فلزات سنگين و مواد آلي فرار، ذخيره انرژي الكتروشيمايي به ويژه در ابرخازنها، جذب و تصفيه گازهاي صنعتي و غيره به شمار ميآيد. سنتز اين ماده، معمولاً توسط دو مرحلهي پيروليز و فعالسازي انجام ميشود كه در فرآيند فعالسازي شيميايي، انتخاب نوع عامل فعالكننده، گام اصلي كنترل خواص و كاربرد كربنفعال محسوب ميشود. هدف از اين پژوهش، بررسي عوامل مؤثر بر سنتز مانند نوع عامل فعالكننده، دماي پيروليز و فعالسازي، نسبت اشباع و نوع شستشو، بر ريزساختار، بلورينگي و سطح ويژه كربنفعال بهدستآمده از پيروليز زيستتودهي گياه آبتونيا است. در اين پژوهش، از عامل اسيدي، فسفريك اسيد و عاملهاي بازي سديمهيدروكسيد و پتاسيم هيدروكسيد استفاده شد به منظور بررسي عامل فعالكننده اسيدي، برگ هاي زيست توده شستشو، خشك و پودر شد و سپس با نسبت مشخص با فسفريكاسيد تركيب شد و پس از قرارگيري به مدت يك شبانهروز در دماي °C80 ، در دماي °C800 به مدت 5 / 1 ساعت در اتمسفر نيتروژن كربنيزه شد. افزونبراين، براي بررسي عامل بازي، جرم زيستي خشكشده با سديمهيدروكسيد و همچنين پتاسيمهيدروكسيد با نسبتهاي مختلف تركيب شد. سپس، در دماي °C600 در اتمسفر نيتروژن به مدت 5 / 1 ساعت كربنيزه شد. براي بررسي فازي، پيوندي، سطحي و ريزساختاري نمونههاي ساخته شده، به ترتيب آناليزهاي پراش پرتو ايكس ( X-ray diffraction (XRD) (، طيفسنجي رامان، طيفسنجي تبديل فوريه مادون قرمز (Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR)) جذب-واجذب گاز نيتروژن (N2 adsorption-desorption) و ميكروسكوپ الكتروني روبشي نشر ميداني ) scanning electron microscopy (FESEM) field emission ( استفادهشد. با توجه به نتايج بهدست آمده از آناليز فازي و پيوندي، در تمامي نمونهها، كربن آمورف به عنوان فاز اصلي مشاهده شد. همچنين، نمونههاي فعالشده با فعالكنندههاي بازي، سطح ويژه برابر با 1-.g2m 1052 و 1-.g2m 1237 در فعالسازي توسط سديمهيدروكسيد و پتاسيمهيدروكسيد به جرمزيستي از خود نشان دادند.

1403/11/02

Investigating the factors affecting the synthesis of activated carbon using biomass pyrolysis

9/17/2025 12:00:00 AM

Activated carbon is a porous carbon that, due to its low cost, high porosity,and favorable chemical stability, is an important material in various applications such as absorption of heavy metals and volatile organic substances, electrochemical energy storage, especially in supercapacitors, absorption and purification of industrial gases, etc. The synthesis of this material is usually done by two stages of pyrolysis and activation, which in the process of chemical activation, choosing the type of activating agent is considered the main step in controlling the properties and application of activated carbon. The aim of this research is to investigate the factors affecting the synthesis, such as the type of activating agent, pyrolysis and activation temperature, saturation ratio and washing type, on the microstructure, crystallinity and specific surface area of activated carbon obtained from the pyrolysis of Abtonia plant biomass. In this research, the acidic agent, phosphoric acid and the basic agent sodium hydroxide and potassium hydroxide were used in order to check the acidic activating agent, Abtonia leaves were washed, dried and powdered and then combined with phosphoric acid at a ratio of 3:1 and after exposure to It was carbonized overnight at 80 °C, at 800 °C for 90 minutes in a nitrogen atmosphere. In addition, to check the basicity factor, the dried biomass was combined with sodium hydroxide and potassium hydroxide with different ratios of 1:1, 1:2 and 1:3. Then, it was carbonized at 600°C in nitrogen atmosphere for 90 minutes. X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy and Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) were used to investigate the phase, bonding, surface and microstructure of the samples. nitrogen gas adsorption-desorption (N2 adsorption-desorption), field emission scanning electron microscopy (FESEM) and high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) were used. According to the results obtained from phase and bonding analysis, amorphous carbon was observed as the main phase in all samples. In addition, the samples activated with basic activators showed a higher specific surface, which is equal to 1052 m2.g-1 and 1237 m2.g-1 for the samples activated with sodium hydroxide and potassium hydroxide with a ratio of 1:2, respectively. In addition, the sample activated with potassium hydroxide with a ratio of 1:2 was used as a supercapacitor electrode for the electrochemical test, which gave the obtained results of a specific capacity to 924 F.g-1 at a current density of 1 A.g-1.

كربن فعال، پيروليز، عامل فعال كننده، اسيد و باز، زيست توده

Activated carbon, pyrolysis, activating agent, acid and base, biomass

zahra minaei bidgoli

mahdi maleki