This paper shows the possibility that the mineral coal existing in the mining basins of northern Spain have a high added value. This would facilitate its future use in different fields such as new materials, nanotechnology, energy use in situ, coal bed methane, enhanced coal bed methane and coalmine methane.
An analytical study of mineral coal samples is carried out. The samples come from two deposits located in coal basins of the Cantabrian Mountains. The duly prepared samples are subjected to an activation process. Within this transformation, different treatments are applied to different sub-samples. Some of the sub-samples suffer a previous demineralization by successive attacks with acids, followed by oxidation and pyrolysis. Finally, all of them are activated with CO2 and H2O(steam).
The carbonaceous products resulting from each treatment are characterised. The results show that all the pre-treatments used were positive for the textural development of the materials. Likewise, proper management of the processes and of the different operating variables allows the procurement of carbonaceous materials with a “tailor-made” structural development of the coal type. This material receives the name “activated” and can be employed in specific processes.
Szacuje się, że ilość zużytych opon samochodowych na terenie Unii Europejskiej w roku 2016 wynosiła 3 515 000 Mg, co niewątpliwie stanowi problem z punktu widzenia inżynierii i ochrony środowiska. Alternatywą do składowania tego odpadu na wysypiskach jest poddanie go procesowi pirolizy. W wyniku rozkładu termicznego uzyskuje się wartościowe pod względem kaloryczności produkty (frakcja olejowa oraz gazowa), a także stałą pozostałość, która ze względu na skład i właściwości może zostać przetworzona na wysokiej jakości sorbent węglowy. W tym celu stosowane są różne metody modyfikacji pirolizatu, zarówno polegające na aktywacji fizycznej, jak i chemicznej. W niniejszym artykule przedstawiono charakterystykę stałej pozostałości po pirolizie opon gumowych przebiegającej w temperaturze około 400°C, która obejmowała analizę składu chemicznego (XRF oraz IR), charakterystykę mineralogiczną (XRD, SEM-EDS) oraz teksturalną. Dodatkowo w celu aktywacji próbkę poddano działaniu azotu w temperaturze 550°C. Analiza mineralogiczna wykazała, że dominującym składnikiem mineralnym jest węgiel. Ponadto zaobserwowano obecność kwarcu, kalcytu i sfalerytu. Analiza składu chemicznego sugeruje, że ze względu na wysoką zawartość węgla (ok. 80% mas.) istnieje możliwość otrzymania sorbentu węglowego z analizowanego odpadu. Jednak dotychczasowe badania, które miały charakter wstępny, nie pozwoliły na otrzymanie materiału stanowiącego substytut węgla aktywnego, ponieważ zastosowana modyfikacja w niewielkim stopniu zwiększyła powierzchnię właściwą BET, która osiągnęła wartość około 85 m2/g. Na podstawie analizy rozkładu i wielkość porów badanych 2 próbek stwierdzono, że jest on homogeniczny/ modalny o charakterze mikro-/mezoporowatym, zaś kształt pętli histerezy sugeruje na obecność porów typu „butelkowego”. Ze względu na stosunkowo wysoką zawartość cynku w składzie odpadu (ok. 4% mas.) należałoby również rozważyć możliwość odzysku tego pierwiastka.
There is general agreement that primary pyrolysis products of end-of-life tyres should be valorised to improve the economics of pyrolysis. In this work, tyre pyrolysis char (TPC) is produced in a pyrolysis pilot plant designed and built at our home university. The produced TPC was upgraded to tyre-derived activated carbon (TDAC) by activation with CO2, and then characterised using stereological analysis (SA) and nitrogen adsorption at 77 K. SA showed that the grains of TPC and TDAC were quasi- spherical and slightly elongated with a 25% increase in the mean particle cross-section surface area for TDAC. The textural properties of TDAC demonstrated the BET and micropore surface areas of 259 and 70 m2/g, respectively. Micropore volume and micropore surface area were 5.8 and 6.7 times higher for TDAC than TPC at 2 nm, respectively. The n-hexane adsorption was investigated using experiments and modelling. Eight adsorption isotherms along with three error functions were tested to model the adsorption equilibrium. The optimum sets of isotherm parameters were chosen by comparing sum of the normalized errors. The analysis indicated that the Freundlich isotherm gave the best agreement with the equilibrium experiments. In relation to different activated carbons, the adsorption capacity of TDAC for n-hexane is about 16.2 times higher than that of the worst reference material and 4.3 times lower than that of the best reference material. In addition, stereological analysis showed that activation with CO2 did not change the grain’s shape factors. However, a 25% increase in the mean particle cross-section surface area for TDAC was observed.
Catalytic properties of activated carbons oxidized, treated with N-compounds, and promoted with copper were studied in selective catalytic reduction NOX by ammonia (NH3-SCR). The modification of the catalysts consisted of a series of steps (pre-oxidation of activated carbon, impregnation with urea, impregnation with copper). The physicochemical properties of the obtained samples were determined using X-ray diffraction, FT-IR spectroscopy, and low-temperature N2 sorption. The modification with copper improved the catalytic activity and stability of the catalysts. All the functionalized carbon doped with copper reached more than 90% of NO conversion and CO2 did not exceed 240 ppm at 220 ◦C. The sample doped with 5 wt.% Cu had the maximum NO conversion of 98% at 300 ◦C. The maximum N2O concentration detected for the same sample was only 55 ppm, which confirmed its selectivity.
The cyclic Electrothermal Temperature Swing Adsorption (ETSA) process in a fixed-bed column with Supersorbon K40 activated carbon (AC) was applied to remove propan-2-ol (IPA) from air. The bed was electrothermally regenerated using direct resistive heating method. The tests were performed in the range of operating parameters: IPA loading 0.18-0.26 kg/kg, voltage 19.5 V, set-point temperature 393–403 K, nitrogen flow rate 0.12 m3/h.
The analysis revealed, that raising the bed temperature resulted in an increase of desorption degree of adsorbate, reduction of regeneration time and an increase in the energy consumption. The application of insulation enabled reduction of energy consumption and regeneration time by 27% and 10%, respectively.