Microwave-Assisted Conversion of Low-Rank Lignite into Hierarchical Activated Carbon: Molecular Insights into Efficient Post-Combustion CO2 Capture

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Materials scientists and CCUS researchers can leverage the detailed kinetic and thermodynamic data to optimize adsorbent design.

🏢実務担当者:Power plant operators exploring retrofit carbon capture may consider this as a potential low-cost sorbent technology.

🏛政策担当者:Policy makers supporting CCUS deployment can note the viability of local coal resources for domestic carbon capture materials, reducing import dependence.

亜炭由来活性炭（L-AC）を、低品位のメーモー亜炭を用いたマイクロ波支援KOH活性化プロセスにより作製し、燃焼後CO2回収用の吸着材固体としての可能性を探求した。KOH比、マイクロ波照射出力、活性化時間の最適化により、BET表面積1349 m2 g−1、総細孔容積0.78 cm3 g−1の生成物が得られ、これは初期亜炭と比較してそれぞれ165倍および78倍の向上に相当した。走査型電子顕微鏡（SEM）画像により、マクロ孔–メソ孔–ミクロ孔の階層構造の形成が証明され、一方、ラマン分光法（Iᴰ/Iᴳ = 1.83）およびフーリエ変換赤外分光法の分析により、欠陥に富むグラファイト様構造と、L-ACとCO2分子間のルイス酸–塩基相互作用に関与するC=OおよびC–O–C官能基の存在が明らかになった。燃焼後条件（CO2濃度：15%、圧力：1 atm）下で298、328、353 Kの温度で実施した動的固定層破過試験により、CO2平衡吸着容量はそれぞれ47.34、34.37、21.34 mg g−1となり、393 Kでの温度スイング吸着–脱着の6回連続吸着–脱着サイクル後には優れたサイクル安定性が達成された。7つの非線形速度論モデルのうち、Avrami、FL-PFO、および一般次数モデルが最高の適合精度（R2 = 0.9994–0.9998）を示し、L-ACへのCO2吸着が不均一な多段階吸着速度論を経て進行することが示唆された。Weber–Morris粒子内拡散解析により、メソ孔拡散が主要な律速段階を構成する3段階の逐次輸送機構が特定された。熱力学的パラメータは、自発的（ΔG° = −24.20〜−26.87 kJ mol−1）、発熱的（ΔH° = −9.42 kJ mol−1）、およびエントロピー支援型吸着（ΔS° = +49.93 J mol−1 K−1）を確認し、これは9.11 kJ mol−1の低い活性化エネルギーによって裏付けられる物理吸着機構と一致した。これらの知見は、燃焼後回収用途向けの高性能炭素質CO2吸着材のスケーラブルな合成における低コスト前駆体としての低品位亜炭の実現可能性を示している。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

Lignite-derived activated carbon (L-AC) was fabricated via a microwave-assisted KOH activation process using a low-rank Mae Moh lignite and explored its potential as an adsorbent solid for post-combustion CO2 capture. Optimization of the KOH ratio, microwave irradiation power, and activation time gave rise to a product with a BET surface area of 1349 m2 g−1 and total pore volume of 0.78 cm3 g−1, which represented 165 times and 78 times enhancement compared with that of the initial lignite, respectively. Scanning electron microscope (SEM) images proved the formation of a hierarchical macropore–mesopore–micropore structure, whereas Raman (Iᴰ/Iᴳ = 1.83) and Fourier-transform infrared spectroscopy analyses revealed a graphitic-like structure rich in defects with the existence of C=O and C–O–C functional groups involved in the Lewis acid–base interaction between L-AC and CO2 molecules. Dynamic fixed-bed breakthrough tests performed at temperatures of 298, 328, and 353 K under post-combustion relevant conditions (CO2 concentration: 15%, pressure: 1 atm) yielded CO2 equilibrium uptake capacities of 47.34, 34.37, and 21.34 mg g−1, respectively, with outstanding cyclic stability achieved after six consecutive adsorption–desorption cycles of temperature swing adsorption–desorption at 393 K. Among the seven nonlinear kinetic models, the Avrami, FL-PFO, and general-order models exhibited the highest fitting accuracy (R2 = 0.9994–0.9998), suggesting that CO2 adsorption onto L-AC proceeds through heterogeneous, multi-stage adsorption kinetics. A Weber–Morris intra-particle diffusion analysis identified a three-stage sequential transport mechanism in which mesopore diffusion constitutes the primary rate-limiting step. Thermodynamic parameters confirmed spontaneous (ΔG° = −24.20 to −26.87 kJ mol−1), exothermic (ΔH° = −9.42 kJ mol−1), and entropy-assisted adsorption (ΔS° = +49.93 J mol−1 K−1) consistent with a physisorption mechanism, corroborated by a low activation energy of 9.11 kJ mol−1. These findings demonstrate the viability of low-rank lignite as a low-cost precursor for the scalable synthesis of high-performance carbonaceous CO2 adsorbents for post-combustion capture applications.

• openalex https://doi.org/10.3390/ijms27146123first seen 2026-07-10 05:18:35 · last seen 2026-07-10 05:28:59