Nanoporous carbon structures were synthesized by pyrolysis of grass as carbon precursor. The synthesized carbon has high surface area and pore volume. The carbon products were acid functionalized and characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray diffraction, Brunauer–Emmett–Teller, transmission electron microscopy, and Energy Dispersive X-ray microanalysis. Acid functionalized nanoporous carbon was explored for use in removal of toxic Cr(VI) ions from aqueous media. An adsorption study was done as a function of initial concentration, pH, contact time, temperature, and interfering ions. The experimental equilibrium data fits well to Langmuir isotherm model with maximum monolayer adsorption capacity of 35.335 mg/g. The results indicated that removal obeys a pseudo-second-order kinetic model, and that equilibrium was reached in 10 min. A desorption study was done using NaOH. The results of the present study imply that acid functionalized nanoporous carbon synthesized from grass is an efficient, renewable, cost-effective adsorbent material for removal of hexavalent chromium due to its faster removal rate and reusability.
In this work, nanoporous carbons (NPCs) were prepared by the self-assembly of polymeric carbon precursors and block copolymer template in the presence of tetraethyl orthosilicate and colloidal silica. The NPCs' pore structures and total pore volumes were analyzed by reference to $N_2$/77 K adsorption isotherms. The porosity and elemental mercury adsorption of NPCs were increased by activation with carbon dioxide. It could be resulted that elemental mercury adsorption ability of NPCs depended on their specific surface area and micropore fraction.
Preliminary studies on the synthesis of magnetic nanoparticles including nanoporous carbon materials have been done via a direct carbonization process from resol, ferric nitrate and triblock copolymer F127. The results show that the nanoporous magnetite/carbon ($Fe_3O_4$/carbon) with a low $Fe_3O_4$ content (1 wt%) possesses an ordered 2-D hexagonal (p6mm) structure, uniform nanopores (3.6 nm), high surface areas (up to 635 $m^2/g$) and pore volumes (up to 0.48 $cm^3/g$). Magnetite nanoparticles with a small particle size (10.2 nm) were confined in the matrix of amorphous carbon frameworks with superparamagnetic property (7.7 emu/g). The nanoporous magnetite/carbon showed maximum adsorption amount (995 mg/g) of ibuprofen after 24 h at room temperature. The nanoporous magnetite/carbon was separated from solution easily by using a magnet. The nanoporous magnetite/carbon material is a good adsorbent for hydrophobic organic drug molecules, i.e. ibuprofen.
Nanoporous carbons with a high specific surface area were prepared directly from thermoplastic acrylic resin as carbon precursor and MgO powder as template by carbonization over the temperature range, $500-1000^{\circ}C$. The effect of the carbonization temperature on the pore structure and $CO_2$ adsorption capacity of the obtained porous carbon was examined. The textural properties and morphology of the porous carbon materials were analyzed by $N_2/-196^{\circ}C$ and $CO_2/0^{\circ}C$ adsorption/desorption isotherms, SEM and TEM. The $CO_2$ adsorption capacity of the prepared porous carbon was measured at $25^{\circ}C$ and 1 bar and 30 bar. The specific surface area increased from 237 to $1251m^2/g$, and the total pore volumes increased from 0.242 to $0.763cm^3/g$ with increasing the carbonization temperature. The carbonization temperature acts mainly by generating large narrow micropores and mesopores with an average pore size dependent on the level of carbonization of the MgO-templated nanoporous carbons. The results showed that the MgO-templated nanoporous carbons at $900^{\circ}C$ exhibited the best $CO_2$ adsorption value of 194 mg/g at 1 bar.
Novel nickel catalyst deposited on nanoporous carbon was found to be an efficient catalyst for the epoxidation of simple alkenes with $O_2$ and isobutyraldehyde under mild conditions. Alkenes exhibited different reactivities towards Ni-catalyst and epoxidation with stilbene proceeds stereospecifically. This may be rationalized with the mechanism involving coordinated acylperoxy radical intermediate. Nickel contents depend on the preparative methods and the KNI-3 catalyst, which was synthesized by wet impregnation of $Ni(NO_3)_2$ into nanoporous carbon, shows the highest activity. The activity of the catalyst is well correlated with contents of nickel. Recycled catalysts suffer considerable loss of activity due to leaching of catalytic active species, nickel.
Porous carbon with high surface area and pore volume was prepared by a reverse replication process and its toluene equilibrium adsorption behavior was investigated. The preparation process of the porous carbon was composed of fellowing sub-processes in series: synthesis and template preparation of silica gel, impregnation and polymerization of DVB monomer in silica template, carbonization of DVB polymer in a silica-polymer composite, and HF-assisted selective etching of silica in carbon-silica composite. The prepared porous carbon was nano porous and had ultrahigh specific surface area (2007 ㎡/g) and large pore volume (3.07 ㎤/g). The nanoporous carbon showed rapid toluene adsorption rate and good toluene adsorption capacity, compared with a commercial Y-type zeolite. In the present study, a reverse replication process to prepare nanoporous carbons will be introduced and its application potential as a gas adsorbent will be discussed.
Jung, Hwan Jung;Kim, Yong-Jung;Lee, Dae Ho;Han, Jong Hun;Yang, Kap Seung;Yang, Cheol-Min
Carbon letters
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v.13
no.4
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pp.236-242
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2012
Poly(vinylidene chloride) (PVDC)-derived nanoporous carbons were prepared by various activation methods: heat-treatment under an inert atmosphere, steam activation, and potassium hydroxide (KOH) activation at 873, 1073, and 1273 K. The pore structures of PVDC-derived nanoporous carbons were characterized by the $N_2$ adsorption technique at 77 K. Heat treatment in an inert atmosphere increased the specific surface area and micropore volume with elevating temperature, while the average micropore width near 0.65 nm was not significantly changed, reflecting the characteristic pore structure of ultramicroporous carbon. Steam activation for PVDC at 873 and 1073 K also yielded ultramicroporosity. On the other hand, the steam activated sample at 1273 K had a wider average micropore width of 1.48 nm, correlating with a supermicropore. The KOH activation increased the micropore volume with elevating temperature, which is accompanied by enlargement of the average micropore width from 0.67 to 1.12 nm. The average pore widths of KOH-activated samples were strongly governed by the activation temperature. We expect that these approaches can be utilized to simply control the porosity of PVDC-derived nanoporous carbons.
Park, Min Hong;Yun, Young Soo;Cho, Se Youn;Kim, Na Rae;Jin, Hyoung-Joon
Carbon letters
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v.19
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pp.66-71
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2016
The development of nanostructured functional materials derived from biomass and/or waste is of growing importance for creating sustainable energy-storage systems. In this study, nanoporous carbonaceous materials containing numerous heteroatoms were fabricated from waste coffee grounds using a top-down process via simple heating with KOH. The nanoporous carbon nanosheets exhibited notable material properties such as high specific surface area (1960.1 m2 g−1), numerous redox-active heteroatoms (16.1 at% oxygen, 2.7 at% nitrogen, and 1.6 at% sulfur), and high aspect ratios (>100). These unique properties led to good electrochemical performance as supercapacitor electrodes. A specific capacitance of ~438.5 F g−1 was achieved at a scan rate of 2 mV s−1, and a capacitance of 176 F g−1 was maintained at a fast scan rate of 100 mV s−1. Furthermore, cyclic stability was achieved for over 2000 cycles.
Fatemi, S. Mahmood;Arabieh, Masoud;Sepehrian, Hamid
Carbon letters
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v.16
no.3
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pp.183-191
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2015
Gas transport through graphene-derived membranes has gained much interest recently due to its promising potential in filtration and separation applications. In this work, we explore Kr-85 gas radionuclide sequestration from natural air in nanoporous graphene oxide membranes in which different sizes and geometries of pores were modeled on the graphene oxide sheet. This was done using atomistic simulations considering mean-squared displacement, diffusion coefficient, number of crossed species of gases through nanoporous graphene oxide, and flow through interlayer galleries. The results showed that the gas features have the densest adsorbed zone in nanoporous graphene oxide, compared with a graphene membrane, and that graphene oxide was more favorable than graphene for Kr separation. The aim of this paper is to show that for the well-defined pore size called P-7, it is possible to separate Kr-85 from a gas mixture containing Kr-85, O2 and N2. The results would benefit the oil industry among others.
Efficient catalytic systems, where Ni or Pd is introduced in a supporting material of nanoporous carbon, have been developed for a liquid-phase hydrogenation of carboxylic acids and ketones at room temperature. It has been found that the catalysts reliably show high activities and selectivities for the hydrogenation to alcohols even in acidic conditions, and the catalytic activities depend on the preparative method of catalysts, the hydrogen pressure, the agitation rate, and the catalytic species. The hydrogenation of carboxylic acids and ketones clearly shows that the reaction rate is affected by the electronic and the steric effects, and a plausible reaction mechanism using metal hydrides as catalytic species is proposed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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