在《华尔街日报》最近发表的一篇论文ACS应用工程材料亚博网站下载,研究人员介绍了一个可伸缩的和简单的技术,将聚丙烯(PP)口罩废物转化为碳纤维硫掺杂能够显示高吸附二氧化碳的能力(有限公司2)和选择性N2。
研究:升级改造面具浪费碳捕获吸着剂:结合实验和计算研究。图片来源:Fahroni / Shutterstock.com
背景
大量温室气体的排放来自各个行业,如制造业、运输、和发电对环境的不利影响,包括更快的全球变暖,极端天气,空气污染和呼吸道疾病。此外,增加有限2浓度会导致全球卫生和环境危机。
因此,不断努力开发有限公司2捕获技术导致的商业规模实现液体吸收剂系统在制造工厂。然而,这些往往伴随着腐蚀,释放的有害副产品,沉重的吸附剂再生的惩罚。
最近的研究,以减少有限公司2排放包括金属有机框架的使用(mof)、生物质碳化前体以及sulfur-doped (S-doped)碳原子。另一项研究中表现出中空碳纤维的生产使用PP纤维之后,小孢子形成通过激活步骤。这样的工作能解决产生的问题由于面具浪费大量COVID-19大流行期间,导致显著增加生产和消费的一次性塑料来自PP。
关于这项研究
在目前的工作,团队利用磺化化学交联PP纤维来源于PP面具和转换成S-doped碳纤维通过添加磺酸聚合物的支柱。
本研究遵循减少检索外无纺布层口罩,98%硫酸补充道。电动马弗炉是用来加热这些材料在145°C。亚博网站下载随后被清洗和去离子的样品(DI)水、干燥、干馏管式炉中800°C, N2的气氛。
使用PerkinElmer前沿衰减全反射傅里叶变换红外(FTIR)光谱仪,面具样本的化学内容确定。此外,面具后的微观结构不同的处理阶段,包括碳化和交联,是使用扫描电子显微镜(SEM)研究了。碳化面具的元素组成是由能量色散x射线能谱(EDX)。为了确定有限公司2结合能有关纤维结构图案,密度泛函理论(DFT)模拟。
观察
红外光谱表明,聚合物骨干的碳氢键伸展2920厘米1峰值与进步磺化反应减弱。然而,红外光谱观察几乎一致的四个小时后,指示完成反应。此外,高原的碳产量达到40%左右后四小时的磺化,表明交联145°C使用浓硫酸是足够的面具完全交联PP纤维样品。
交联及碳化过程后,原纤维结构可以保持不变。然而,PP-derived碳可以开发微孔率。作用观察磺化时间较长,由于增加了大量的交联。此外,增加了磺化时间增加了硫和氧杂原子的浓度。因此,使用这些碳纤维有限公司2启用捕获吸着剂的多孔的性格和杂原子含量,最高的具体的吸附容量达3.11更易/ g(1条。此外,材料还显示约53倍选择性向有限亚博网站下载公司2相对于N2。
然而,交联12小时显示带有轻微高含硫的吸附能力下降。这些结果表明,CO的决心2捕获效率还取决于当地硫原子的化学环境中碳结构。为了理解他们的长期使用和性能,碳纤维的循环稳定性来源于PP面具的解吸和吸附CO2分子检测。观察,吸着剂加热在150°C可以完全驱逐捕获二氧化碳气体分子,使彻底消耗吸附剂的再生。此外,吸着剂也表现出高循环稳定性,保持超过92%的超过35周期后他们的表现。
结论
总结,研究人员利用PP-based口罩生产碳纤维在聚合物前体交联温度升高硫酸的存在。这是确定硫原子可以被纳入碳矩阵通过磺化反应。此外,通过调整磺化,碳硫掺杂量的框架可以控制。
此外,公司2硫杂原子的吸附能力可以提高,随着碳纤维选择性,因为他们的优势极相互作用。总的来说,作者建议,公司的生产2吸着剂从面具回收废物S-doped炭纤维是一种可伸缩的、简单的替代解决环境问题强加的塑料污染以及大气中温室气体的增加。
源
2022年。马克·罗伯逊Guillen Alejandro Obando,比安卡Nunez Haoyuan陈,哲羌族。升级改造面具浪费碳捕获吸着剂:结合实验和计算研究。ACS达成。Eng.Mater。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsaenm.2c00030
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