Synthesis and VOCs Adsorption Properties of Hollow Carbon Nanospheres

doi:10.7503/cjcu20200864

Abstract

Abstract:

Under alkaline conditions and without using surfactants， primary spherical siliceous particles were produced through St?ber method with tetraethyl orthosilicate（TEOS） and tetrapropyl orthosilicate（TPOS） as silica sources， then phenolic resin-silica composites were obtained by co-condensation of phenolic resin（isobenzene diphenol and formaldehyde） and the hydroxyl groups of silica. Hollow carbon nanospheres（HCNSs） were obtained after high temperature carbonization and acid etching of the phenolic resin-silica composites. By adjusting the molar ratio of TEOS/TPOS， a series of HCNSs with good monodispersity and adjustable particle sizes and wall thicknesses was obtained. The particle sizes and wall thicknesses are in the range of 280—430 nm and 15—63 nm， respectively. HCNS synthesized only with TPOS as silica source（HCNS-0/4） has a larger particle size（426 nm）， wall thickness（63 nm）， higher specific surface area（1216 m²/g） and pore volume（0.508 cm³/g）， and the best VOCs adsorption performance. For HCNS-0/4， the static n-hexane， toluene and oil vapor adsorption capacities are 2.02， 1.42 and 0.926 g/g， respectively， and the dynamic n-hexane and toluene adsorption capacities are 2.01 and 1.37 g/g， respectively， which are much higher than those of commercial activated carbon.

Key words: Hollow carbon nanosphere, Volatile organic compound（VOC）, Adsorption, Desorption, Stability

CLC Number:

O613.71

TrendMD:

WANG Hongning, HUANG Li, SONG Fujiao, ZHU Ting, HUANG Weiqiu, ZHONG Jing, CHEN Ruoyu. Synthesis and VOCs Adsorption Properties of Hollow Carbon Nanospheres[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(6): 1704.

Figures/Tables 17

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Sample	S_BET/(m²·g^-1)	S_micro/(m²·g^-1)	V₀/(cm3·g^-1)	V_micro/(cm3·g^-1)	Pore size/nm
HCNS?4/0	390	123	0.48	0.066	3.9
HCNS?3/1	831	178	0.90	0.089	3.9
HCNS?2/2	842	168	0.92	0.081	3.9
HCNS?1/3	1216	140	1.65	0.073	4.7
HCNS?0/4	1267	61	1.77	0.024	5.4
AC	1654	652	1.06	0.480	5.6

Sample	S_BET/(m²·g^-1)	S_micro/(m²·g^-1)	V₀/(cm3·g^-1)	V_micro/(cm3·g^-1)	Pore size/nm
HCNS?4/0	390	123	0.48	0.066	3.9
HCNS?3/1	831	178	0.90	0.089	3.9
HCNS?2/2	842	168	0.92	0.081	3.9
HCNS?1/3	1216	140	1.65	0.073	4.7
HCNS?0/4	1267	61	1.77	0.024	5.4
AC	1654	652	1.06	0.480	5.6

Sample	Breakthrough time/min	Balance time/min	Adsorption amount(g/g)	Desorption efficiency(%)
HCNS?0/4?1st	44	82	2.01	98.4
HCNS?0/4?2nd	44	82	2.02	97.5
HCNS?0/4?3rd	44	80	1.95	99.5
HCNS?0/4?4th	42	80	1.96	99.6
HCNS?0/4?5th	42	80	1.97	99.6
AC?1st	36	74	0.601	73.7
AC?2nd	28	62	0.480	97.7
AC?3rd	28	60	0.470	98.2
AC?4th	26	60	0.470	98.4
AC?5th	26	58	0.460	98.3

Sample	Breakthrough time/min	Balance time/min	Adsorption amount(g/g)	Desorption efficiency(%)
HCNS?0/4?1st	44	82	2.01	98.4
HCNS?0/4?2nd	44	82	2.02	97.5
HCNS?0/4?3rd	44	80	1.95	99.5
HCNS?0/4?4th	42	80	1.96	99.6
HCNS?0/4?5th	42	80	1.97	99.6
AC?1st	36	74	0.601	73.7
AC?2nd	28	62	0.480	97.7
AC?3rd	28	60	0.470	98.2
AC?4th	26	60	0.470	98.4
AC?5th	26	58	0.460	98.3

Cycle	Breakthrough time/min	Balance time/min	Adsorption amount/(g·g^-1)	Desorption efficiency(%)
1st	38	68	1.37	99.2
2nd	38	68	1.37	99.6
3rd	36	66	1.35	99.5
4th	36	66	1.35	99.4
5th	36	64	1.34	99.5