Verbesserung der Technologie zur Kohlenstoffabscheidung: Schneller und umweltfreundlicher zur Herstellung von Kohlenstoffkugeln

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Forscher der Universität Swansea haben ein schnelles, umweltfreundliches und einstufiges Verfahren zur Herstellung poröser Kohlenstoffkugeln entwickelt, die eine wichtige Komponente für die Technologie zur Kohlenstoffabscheidung und für neue Möglichkeiten zur Speicherung erneuerbarer Energien sind.
Die Methode produziert Kugeln, die eine gute Kapazität für die Kohlenstoffabscheidung haben, und sie funktioniert effektiv in großem Maßstab.
Kohlenstoffkugeln haben eine Größe von Nanometern bis Mikrometern. In den letzten zehn Jahren haben sie begonnen, eine wichtige Rolle in Bereichen wie Energiespeicherung und -umwandlung, Katalyse, Gasadsorption und -speicherung, Medikamenten- und Enzymabgabe sowie Wasseraufbereitung zu spielen.

Sie sind auch das Herzstück der Kohlenstoffabscheidungstechnologie, die Kohlenstoff einschließt, anstatt ihn in die Atmosphäre zu emittieren, und so hilft, den Klimawandel zu bekämpfen.
Das Problem ist, dass die bestehenden Methoden zur Herstellung von Kohlenstoffkugeln Nachteile haben.

Sie können teuer oder unpraktisch sein, oder sie produzieren Kugeln, die bei der Abscheidung von Kohlenstoff schlecht abschneiden. Einige verwenden Biomasse, was sie umweltfreundlicher macht, aber sie benötigen eine Chemikalie, um sie zu aktivieren.
An dieser Stelle stellt die Arbeit des Swansea-Teams, das im Forschungsinstitut für Energiesicherheit der Universität angesiedelt ist, einen großen Fortschritt dar.

Sie weist den Weg zu einer besseren, saubereren und umweltfreundlicheren Art der Herstellung von Kohlenstoffkugeln.
Das Team adaptierte eine bestehende Methode, die als CVD – chemische Gasphasenabscheidung – bekannt ist.

Dabei wird eine Beschichtung durch Hitze auf ein Material aufgebracht. Unter Verwendung von Pyromellitsäure als Kohlenstoff- und Sauerstoffquelle wendeten sie die CVD-Methode bei verschiedenen Temperaturen an, von 600-900 °C.

Anschließend untersuchten sie, wie effizient die Kugeln das CO2 bei verschiedenen Drücken und Temperaturen einfingen
Sie fanden heraus, dass
800 °C war die optimale Temperatur für die Bildung von Kohlenstoffkugeln
Die Ultramikroporen in den hergestellten Kugeln gaben ihnen eine hohe Kohlenstoffabscheidungskapazität sowohl bei atmosphärischem Druck als auch bei niedrigerem Druck
Die spezifische Oberfläche und das Gesamtporenvolumen wurden durch die Abscheidungstemperatur beeinflusst, was zu einer spürbaren Veränderung der gesamten Kohlendioxid-Abscheidungskapazität führte
Bei atmosphärischem Druck lagen die höchsten CO2-Adsorptionskapazitäten, gemessen in Millimol pro Gramm, für die besten Kohlenstoffkugeln bei etwa 4,0 bei 0 °C und 2,9 bei 25 °C.
Dieser neue Ansatz bringt mehrere Vorteile gegenüber bestehenden Methoden zur Herstellung von Kohlenstoffkugeln.

Es ist alkalifrei und benötigt keinen Katalysator, um die Formung der Kugeln auszulösen.

Es verwendet ein billiges und sicheres Ausgangsmaterial, das auf dem Markt leicht erhältlich ist.

Es besteht keine Notwendigkeit für Lösungsmittel zur Reinigung des Materials.

Es ist außerdem ein schnelles und sicheres Verfahren.
Dr. Saeid Khodabakhshi vom Energy Safety Research Institute an der Swansea University, der die Forschung leitete, sagte:
“Kohlenstoffkugeln werden schnell zu wichtigen Produkten für eine grüne und nachhaltige Zukunft. Unsere Forschung zeigt einen grünen und nachhaltigen Weg, sie herzustellen.
Wir haben eine sichere, saubere und schnelle Methode zur Herstellung der Kugeln demonstriert.

Entscheidend ist, dass die Mikroporen in unseren Kugeln bedeuten, dass sie beim Einfangen von Kohlenstoff sehr gut funktionieren. Im Gegensatz zu anderen CVD-Methoden können die Kugeln mit unserem Verfahren in großem Maßstab hergestellt werden, ohne dass gefährliche Gase und flüssige Ausgangsstoffe verwendet werden müssen.
Die Kohlenstoffkugeln werden auch für den möglichen Einsatz in Batterien und Superkondensatoren untersucht. So könnten sie mit der Zeit für die Speicherung erneuerbarer Energien unentbehrlich werden, so wie sie es bereits für die Kohlenstoffabscheidung sind.”
Die Forschungsarbeit wurde in der Zeitschrift Carbon veröffentlicht.
Referenz: “Facile and environmentally friendly synthesis of ultramicroporous carbon spheres: A significant improvement in CVD method” von Saeed Khodabakhshi, Sajad Kiani, Yubiao Niu, Alvin Orbaek White, Wafa Suwaileh, Richard E. Palmer, Andrew R. Barron und Enrico Andreoli, 1. September 2020, Carbon.DOI: 10.1016/j.carbon.2020.08.056

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