PAN-based activated carbon fibers/phenolic resin matrix composites (ACFCs) were manufactured via molding process with oxidized carbon fabrics (plain-type) and phenolic resin (resole-type) compounded by 70 : 30 wt%. The green body (as molded) was submitted to carbonization (at 100$0^{\circ}C$) in an inert environment and activation (at 700, 800, 900 and 100$0^{\circ}C$) in a $CO_2$ environment. In this work, the influence of activation temperatures was investigated in surface properties, such as pH, acid- and base-values by titration method, and in adsorption properties, i.e., specific surface area and pore structures by BET-method of the composites. Also, the pressure drops of the specimens were calibrated by ASTM. As a result, the activation temperature influenced the surface property of ACFCs. When the activation temperature was higher than 90$0^{\circ}C$, the surface was gradually developed in basic nature. And, the evolutions of specific surface area, total pore volume and pore size distribution of ACFCs could be easily confirmed the dependence on the activation temperature. Among them, well-developed pore structure from adsorption characteristics was changed of the ACFCs activated at 90$0^{\circ}C$. Also, the pressure drop was slightly decreased with increasing the temperature due to increasing the burn-off with heat treatment temperature of ACFCs.
Activated carbon fibers (ACFs) are fibrous form of activated carbon (AC) with higher mechanical strength and flexibility, which make them suitable for building modules for applications including directional gas flow such as air and gas purification. Similarly, ACFs are anticipated to excel in the efficient capture of CO2. However, due to the difficulties in fabricating monofilament carbon fibers at a laboratory scale, most of the studies regarding ACFs for CO2 capture have relied on electrospun carbon fibers. In this study, we fabricated monofilament carbon fibers from PAN-based monofilament precursors by stabilization and carbonization. Then, ACFs were successfully prepared by chemical activation using KOH. Different weight ratios ranging from 1:1 to 1:4 were employed in the fabrication of ACFs, and the samples were designated as ACF-1 to ACF-4, respectively. As a function of KOH ratio, increase in surface area could be observed. However, the CO2 adsorption trend did not follow the surface area trend, and the ACF-3 with second largest surface area exhibited the highest CO2 adsorption capacity. To understand the phenomena, nitrogen content and ultramicropore distribution, which are important factors determining CO2 adsorption capacity, were considered. As a result, while nitrogen content could not explain the phenomena, ultramicropore distribution could provide a reasoning that the excessive etching led ACF-4 to develop micropore structure with a broader distribution, resulting in high surface area yet deteriorated CO2 adsorption.
Henequen fiber was air-stabilized, carbonized, and steam-activated to obtain high surface area activated henequen fiber (AHF). Thermal behavior of henequen fibers has been studied by TGA. The structural morphology and characteristics were observed by SEM and BET surface area measurement. The yield of AHF from natural henequen was in the range of 20~25 wt%. Mesopores (2~2.5 nm) were developed on the AHF as the activation temperature was raised up to $700^{\circ}C$, and the band of mesopore size distribution moved to 15~30 nm when the activation were carried out at $900^{\circ}C$ for 30 min. The specific surface area and the total pore volume were about $1394\;m^2/g$ and $1.30\;cm^3/g$, respectively at this activation conditions.
Activated carbon was prepared from coffee wastes by chemical activation with $ZnCl_{2}$, NaOH and KOH. The coffee wastes was used as raw material. Preparation process involves the roasting of raw material and carbonization of roasted material followed by chemical activation. N2-BET surface areas of activated coffee char prepared by chemical activation was measured as $1,110{\sim}2,442m^{2}/g$. Removal of copper and chromium in solution by activated carbon was carried out and structural change of pore surface was observed by SEM.
Spent activated carbons (SACs) collected from a water treatment plant were regenerated and then adopted as electrochemical material in capacitors. The SACs used in this study were regenerated via two steps, namely thermal and chemical activation. However, during the activation process, the adsorbates were converted into ashes, which caused pore blockage and decreased specific surface area. The regenerated SACs were washed with acid solutions with different levels of acidity (strong: HCl, mild: H3PO4, and weak: H2O2) to remove the ashes. The regenerated SACs washed with HCl exhibited the highest specific surface area, although their capacitance was not the highest. Conversely, the specific surface area of regenerated SACs washed using H3PO4 was slightly lower than that of HCl, but exhibited higher capacitance and electrochemical stability. Although the strong acid removed the generated ashes in the pores efficiently, it could adversely affect their structural stability, which would lead to lower capacitance.
The structural parameters such as Lc, La and d of $CO_2$activated isotropic carbon fibers(ACFs) were obtained from XRD in order to understand a development mechanism of micropores. And the structural parameters were compared with specific surface area(SSA) data. The $d_{002}$, Lc, and La of the original fiber were measured to be 4.04$\AA$, 6.2$\AA$, and 23.6$\AA$, respectively. Carbonization of outer-parts and oxidization of inner-parts of the original fibers were far from completeness. It was observed that the structural changes of the ACFs during activation take place severely, therefore the carbonization and the oxidization of the fibers take place simultaneous with pore developments. The $d_{002}$ of the ACFs was increased to be 2.80$\AA$, and the La of the ACFs was decreased to be 17.0$\AA$ by activation. It was shown that the pores are developed continuously from the outer-parts to the inner-parts of the fibers, therefore the SSA increases as a result of the development of pores fully to the inner-parts of the fiber when the burn-off degree was over :39%. It seems that the (002) planes of crystallites contribute to the micropore wall related to the super high SSA.SSA.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.32
no.3
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pp.480-487
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2015
In this study, several kinds of active carbons with high specific surface area and micro pore structure were prepared from the coconut shell charcoal using chemical activation method. The physical property of prepared active carbon was investigated by experimental variables such as activating chemical agents to char coal ratio, flow rate of inert gas and temperature. It was shown that chemical activation with KOH and NaOH was successfully able to make active carbons with high surface area of $1900{\sim}2500m^2/g$ and mean pore size of 1.85~2.32 nm. The coin cell using water-based binder in the electrolyte of LiPF6 dissolved in mixed organic solvents (EC:DMC:EMC=1:1:1 vol%) showed better capacity than that of oil-based binder. Also, it was found that the coin cell of water-based binder shows an improved cycling performance and coulombic efficiency.
Journal of the Korean Applied Science and Technology
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v.31
no.3
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pp.408-415
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2014
In order to prepare high-quality activated carbons (ACs), coal tar pitch (CTP), and mixtures of CTP and petroleum pitch (PP) were activated with KOH. The ACs prepared by activation of CTP in the range of $700{\sim}1000^{\circ}C$ for 1~5 h had very porous textures with large specific surface areas of $2470{\sim}3081m^2/g$. The optimal activation conditions of CTP were determined as CTP/KOH ratio of 1:4, activation temperature of $900^{\circ}C$, and activation time of 3 h. The obtained AC showed the highest micro-pore volume, and pretty high specific surface area and meso-pore volume. The micro-pore volumes and specific areas of activated mixtures of CTP and PP were similar to each other but the meso-pore volume could be increased. In order to change the degree of crystallinity of precursors before KOH activation process, the CTPs were carbonized in the range of $500{\sim}900^{\circ}C$. As the carbonization temperature increased, the specific surface area and pore volume of the activated ACs with the same activation conditions for CTP decreased dramatically. It was demonstrated that the increased pore size distribution of AC electrodes in the range of 1 to 2 nm plays an important role in the performance of electric double-layer capacitor.
Harshini Priyaa, V.S.;Saravanathamizhan, R.;Balasubramanian, N.
Journal of Electrochemical Science and Technology
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v.10
no.2
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pp.159-169
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2019
The activated carbon materials were prepared from waste biomass by ultrasonic assisted chemical activation method (UCA), ultrasonic assisted physical activation method (UPA) and Manganese nitrogen doped carbon (Mn/N-C). The XRD result shows the turbostatic (fully disordered) structure. The cyclic voltammetry test was done at 50 mV/s using 1M sodium sulfate and the values of specific capacitance were found to be 93, 100 and 115 F/g for UCA, UPA and Mn/N-C respectively. The power density values for the samples UCA, UPA and Mn/N-C were found to be 46.04, 87.97 and 131.42 W/kg respectively. The electrochemical impedance spectroscopy was done at low frequency between 1 to 10 kHz. The Nyquist plot gives the resistant characteristics of the materials due to diffusional resistance at the electrode-electrolyte interface. The Energy Dispersive X-Ray Spectroscopyanalysis (EDAX) analysis showed that the percentage doping of nitrogen and manganese were 3.53 wt% and 9.44 wt% respectively. It is observed from the experiment Mn/N-C doped carbon show good physical and electrochemical properties.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.1
no.1
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pp.43-48
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2000
Upon the Preparation of activated carbon fiber(ACF) using chemical activation method and vapour activation method, the fiber obtained from the vapour activation method shows excellent surface Properties. The preparation of antibacterial activated carbon fiber was tried to open the new areas in application of carbon materials. The BET specific surface area and the average pore radius of the antibacterial ACFs were in the range of 844.27~1575.6 $cm^2$/g and 10.6~12.9 (equation omitted), respectively. From the adsorption studies on the antibacterial ACFs, typical Type I isotherms were obtained. And, from the SEM morphology results, it was observed that the surface of ACFs was partially coated by antibacterial materials after the treatment. Finally, from the antibacterial effects of antibacteral ACFs against E. coli, excellent antibacterial activity was shown. Concerning the above results, antibacterial ACFs can have wide application in the areas of sterilization, anti-fragrant. anti-insects.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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