Structure, morphology and conductive properties of thermochemically activated carbon material from walnut shells

Editorial Board PCSS Journal; Наталія Іванічок; Богдан Рачій; Володимир Мандзюк; Олег Іванічок; Тарас Лисів

doi:10.15330/pcss.27.1.27-34

Автор(и)

Наталія Іванічок Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, м. Київ, Україна; Карпатський національний університет імені Василя Стефаника, м. Івано-Франківськ, Україна
Богдан Рачій Карпатський національний університет імені Василя Стефаника, м. Івано-Франківськ, Україна
Володимир Мандзюк Карпатський національний університет імені Василя Стефаника, м. Івано-Франківськ, Україна
Олег Іванічок Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, м. Івано-Франківськ, Україна
Тарас Лисів Карпатський національний університет імені Василя Стефаника, м. Івано-Франківськ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.27.1.27-34

Ключові слова:

пористий вуглецевий матеріал, термохімічна активація, питома площа поверхні, фрактальна розмірність, імпедансна спектроскопія, питома електропровідність

Анотація

Для отримання пористого вуглецевого матеріалу зі шкаралупи волоських горіхів було використано метод термохімічної активації ортофосфорною кислотою. Досліджено вплив температури активації на структурні, морфологічні та електропровідні властивості вуглецевого матеріалу. Структурно-морфологічні характеристики вуглецевих зразків було охарактеризовано за допомогою низькотемпературної адсорбційної порометрії, СEM та раманівської спектроскопії. Показано, що термохімічна активація ортофосфорною кислотою дозволяє отримати пористі вуглецеві матеріали з питомою площею поверхні 734 - 1385 м²/г в залежності від температури активації. Методом імпедансної спектроскопії досліджено електропровідні властивості отриманих пористих вуглецевих матеріалів.

Посилання

G.S. dos Reis, S. H. Larsson, H. P. de Oliveira, M. Thyrel, E. Claudio Lima, Sustainable Biomass Activated Carbons as Electrodes for Battery and Supercapacitors – A Mini-Review., Nanomaterials, 10(7), 1398 (2020); https://doi.org/10.3390/nano10071398.

N. Ivanichok, P. Kolkovskyi, O. Ivanichok, V. Kotsyubynsky, V. Boychuk, B. Rachiy, M. Bembenek, Ł. Warguła, R. Abaszade, L. Ropyak, Effect of Thermal Activation on the Structure and Electrochemical Properties of Carbon Material Obtained from Walnut Shells, Materials, 17(11), 2514 (2024); https://doi.org/10.3390/ma17112514.

B.K. Ostafiychuk, R.P. Lisovskiy, A.-S.A.H. Zamil, B.I.Rachiy, V.O. Kotsyubynsky, P.I. Kolkovsky, R.I. Merena, A.B. Hrubiak, Effect of orthophosphoric acid on morphology of nanoporous carbon materials, Journal of Nano- and Electronic Physics, 11(3), 03036 (2019); https://doi.org/10.21272/jnep.11(3).03036.

Ibsa Neme, Girma Gonfa, Chandran Masi, Activated carbon from biomass precursors using phosphoric acid: A review, Heliyon, 8(12), 11940 (2022); https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e11940.

K. Kierzek, G. Gryglewicz, Activated Carbons and Their Evaluation in Electric Double Layer Capacitors, Molecules, 25, 4255 (2020); https://doi.org/10.3390/molecules25184255.

I.F. Myronyuk, V.I. Mandzyuk, V.M. Sachko, R.P. Lisovsky, B.I. Rachiy, Morphological and electrochemical properties of the lactose-derived carbon electrode materials, Journal of Nano- and Electronic Physics, 8(4), 04006 (2016); https://doi.org/10.21272/jnep.8(4(1)).04006.

N.Ya. Ivanichok, P.I. Kolkovskyi, A.M. Soltys, V.M. Boychuk, V.I. Mandzyuk, L.S. Yablon, B.I. Rachiy, The effect of orthophosphoric acid on energy-intensive parameters of porous carbon electrode materials, Physics and Chemistry of Solid State, 24(1), 34 (2023); https://doi.org/10.15330/pcss.24.1.34-45.

K. S. Ukanwa,K. Patchigolla, R. Sakrabani, E. Anthony, S. Mandavgane, A Review of Chemicals to Produce Activated Carbon from Agricultural Waste Biomass, Sustainability, 11(22), 6204 (2019); https://doi.org/10.3390/su11226204.

N.Ya. Ivanichok, O.M. Ivanichok, B.I. Rachiy, P.I. Kolkovskyi, I.M. Budzulyak, V.O. Kotsyubynsky, V.M. Boychuk, L.Z. Khrushch, Effect of the carbonization temperature of plant biomass on the structure, surface condition and electrical conductive properties of carbon nanoporous material, Journal of physical studies, 25(3), 3801(10 p.) (2021); https://doi.org/10.30970/jps.25.3801.

S. Brunauer, P.H. Emmett, E. Teller, Adsorption of Gases in Multimolecular Layers. Journal of the American Chemical Society, 60, 309 (1938); http://dx.doi.org/10.1021/ja01269a023.

B. Lippens, J.H. de Boer, Studies on pore systems in catalysts V. The t method, Journal of Catalysis, 4, 319 (1965); https://doi.org/10.1016/0021-9517(65)90307-6.

R.Evans, U. M. B. Marconi, P. Tarazona, Capillary condensation and adsorption in cylindrical and slit-like pore, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 82, 1763 (1986).

A. Neimark, A new approach to the determination of the surface fractal dimension of porous solids, Phys. A Stat. Mech. Appl. 191, 258 (1992); https://doi.org/10.1016/0378-4371(92)90536-Y.

P. Pfiefer, J. Kennter, M. W. Cole, Fundamentals of Adsorption (Engineering Foundation: New York, NY, USA, 1991).

M. H. Abdullah, A. N. Yusoff, Complex impedance and dielectric properties of an Mg-Zn ferrite, J. Alloys Compd, 233, 129 (1996); https://doi.org/10.1016/0925-8388(96)80044-2.

M. Thommes, K. Kaneko, A.V. Neimark, J.P. Olivier, R. Francisco, J. Rouquerol, K.S.W. Sing, Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report), Pure and Applied Chemistry, 87, 1051 (2015); https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117.

L. Sun, D. Fu, S. Chai, W. Yang, K. Zhou, W. Li, Fractal characteristics and significances of the nanopores in oil shales during hydrous pyrolysis, Journal of Petroleum Exploration and Production Technology, 10, 557-567 (2019); https://doi.org/10.1007/s13202-019-00785-4.

P. Pfeifer, Y. J. Wu, M. W. Cole, J. Krim, Multilayer adsorption on a fractally rough surface, Physical Review Letters, 62(17), 1997 (1989); https://doi.org/10.1103/physrevlett.62.1997.

Y. Wang, D. C. Alsmeyer, R. L. McCreery, Raman spectroscopy of carbon materials: structural basis of observed spectra, Chemistry of Materials, 2(5), 557 (1990); https://doi.org/10.1021/cm00011a018.

M.A. Pimenta, G. Dresselhaus, M.S. Dresselhaus, L.G. Cançado, A. Jorio, R. Saito, Studying disorder in graphite-based systems by Raman spectroscopy, Physical Chemistry Chemical Physics, 9(11), 1276 (2007); https://doi.org/10.1039/b613962k.