Glycerin waste as sustainable precursor for activated carbon production: adsorption properties and application in supercapacitors
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Resíduos de glicerina como precursor sustentável para produção de carvão ativado: propriedades de adsorção e aplicação em supercapacitores
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Resumo
Crude glycerin is one of the main residue largely generated in the biodiesel industry, and was used without purification as precursor for the synthesis of activated carbons (AC). The glycerin polymerization (under reflux with H2SO4) was a crucial step required before the chemical activation process (using ZnCl2 or H3PO4). Several AC synthesis conditions were investigated such as the type of activating agent (ZnCl2 or H3PO4), the impregnation ratio, activation time and temperature. The glycerin ACs demonstrated potential application as supercapacitor electrode (specific capacitance of the device up to 15.5 F g−1 at a current density of 0.25 A g−1 with high rate capability and cyclability) and for the adsorption of organic contaminants from water: the paracetamol drug (PC) and the methylene blue dye (MB). The AC adsorption capacities were mostly related to the carbon surface areas and acidity. The Langmuir adsorption capacity towards MB reached 370 mg g−1 and 88 mg g−1 for the paracetamol drug. These findings indicate that the crude glycerin waste can be used directly as sustainable precursor for the preparation of high quality activated carbons.
Abstract
A glicerina bruta é um dos principais resíduos amplamente gerados na indústria do biodiesel, e foi utilizada sem purificação como precursora para a síntese de carvões ativados (CA). A polimerização da glicerina (sob refluxo com H2SO4) foi uma etapa crucial necessária antes do processo de ativação química (usando ZnCl2 ou H3PO4). Diversas condições de síntese de AC foram investigadas como o tipo de agente ativador (ZnCl2 ou H3PO4), a taxa de impregnação, tempo de ativação e temperatura. Os ACs de glicerina demonstraram potencial aplicação como eletrodo supercapacitor (capacitância específica do dispositivo de até 15,5 F g−1 a uma densidade de corrente de 0,25 A g−1 com alta capacidade de taxa e ciclabilidade) e para a adsorção de contaminantes orgânicos da água: o fármaco paracetamol (PC) e o corante azul de metileno (MB). As capacidades de adsorção de AC foram principalmente relacionadas com as áreas de superfície de carbono e acidez. A capacidade de adsorção de Langmuir para MB atingiu 370 mg g−1 e 88 mg g−1 para o medicamento paracetamol. Esses achados indicam que o resíduo de glicerina bruta pode ser usado diretamente como precursor sustentável para a preparação de carvões ativados de alta qualidade.
Assunto
Glicerina, Carvão ativado, Adsorção, Eletrodos
Palavras-chave
Glycerin, Activated carbon, Adsorption, Electrode, supercapacitor
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https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2213343719301824