産業廃棄物とバイオマスの持続可能な転換によるCO2回収用活性炭：メカニズム、材料設計、吸着性能

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

🔬研究者:Provides design principles for pore engineering in waste-derived carbons for gas separation.

🏢実務担当者:Offers scalable routes to convert industrial wastes into high-value CO2 sorbents, potentially lowering material costs for carbon capture.

🏛政策担当者:Highlights the dual benefit of waste management and carbon capture, supporting policies that incentivize circular carbon technologies.

大気中のCO₂濃度の増加は、効率的な炭素回収のための持続可能な吸着材材料を必要としている。本論文は、循環型材料フレームワークの中で、炭素集約型廃棄物ストリームをCO₂回収用の多孔質炭素へと価値転換することを探求する。構造的に異なる3種類の前駆体を調査した：木質バイオマス、廃タイヤ由来の回収カーボンブラック、および使用済みリチウムイオン電池由来のグラファイトである。カリウム支援化学活性化が統一的な合成アプローチとして機能し、構造-特性-性能の関係を確立し、選択した材料の固体吸着剤としての適合性を評価した。前駆体構造、活性化条件、およびカリウムの化学種が細孔発達、炭素フレームワークの進化、および表面化学に及ぼす影響を体系的に分析した。吸着に関連するミクロ多孔性と、それがCO₂取り込みおよびCO₂/N₂選択性を支配する役割に特に注目した。得られた結果は、活性化応答性が前駆体に強く依存することを示唆した。バイオマスはKOHに対して最も高い反応性を示し、BET表面積が最大2655 m² g⁻¹の密なミクロ多孔質ネットワークと高いCO₂容量を生成したが、過剰な活性化は細孔の拡大と性能低下を引き起こした。回収カーボンブラックは、そのコンパクトな形態により活性化が限定的であり、メソ細孔が支配的な構造と低い取り込み量をもたらした。回収グラファイトは最も耐性が高く、グラファイトの秩序を保ちながら、主に欠陥駆動のエッジエッチングを通じて多孔性が発達した。全システムにわたるCO₂吸着は、総表面積ではなく狭いミクロ細孔の存在によって支配され、主要な性能因子がCO₂の動的直径に対する細孔径の整合であることを強調した。KOHは最も高い活性化効率を提供し、一方、代替カリウム塩は収率の向上を伴うより穏やかな細孔発達を可能にした。活性化の結果として形成された含酸素表面官能基は吸着エネルギーに寄与したが、物理吸着支配条件下ではテクスチャー効果に従属的であった。バイオマス由来および回収カーボンブラック由来の炭素は、希薄条件および煙道ガス関連条件下で安定したサイクル運転と良好なCO₂/N₂選択性を示した。吸着性能を超えて、本研究は再生可能、産業、および技術的炭素残渣を高価値の多孔質材料へ変換するためのスケーラブルな経路を実証する。結果は、ガス分離および関連する環境応用のための廃棄物由来炭素における前駆体選択、活性化戦略、および細孔工学のための設計指針を提供する。

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。

The increasing concentration of atmospheric CO₂ necessitates sustainable sorbent materials for efficient carbon capture . This thesis explores the valorization of carbon-intensive waste streams into porous carbons for CO₂ capture within a circular materials framework. Three structurally distinct precursors were investigated: woody biomass, recovered carbon black from end-of-life tires, and graphite from spent lithium-ion batteries. Potassium-assisted chemical activation served as a unifying synthesis approach to establish structure–property–performance relationships and assess the chosen materials suitability as solid adsorbents.The effects of precursor structure, activation conditions, and potassium speciation on pore development, carbon framework evolution, and surface chemistry were systematically analyzed. Particular attention was given to adsorption-relevant microporosity and its role in governing CO₂ uptake and CO₂/N₂ selectivity.The obtained results suggested that activation responsiveness was strongly precursor-dependent. Biomass showed the highest reactivity toward KOH, yielding dense microporous networks with BET surface areas up to 2655 m² g⁻¹ and high CO₂ capacities, although excessive activation caused pore widening and performance loss. Recovered carbon black exhibited limited activation due to its compact morphology, leading to mesopore-dominated structures and lower uptake. Recovered graphite was the most resistant, with porosity developing mainly through defect-driven edge etching while preserving graphitic order.CO₂ adsorption across all systems was governed by the presence of narrow micropores rather than total surface area, highlighting that the key performance factor was pore size matching to the kinetic diameter of CO₂ as. KOH provided the highest activation efficiency, while alternative potassium salts enabled milder pore development with improved yield. Oxygen-containing surface groups formed as a result of the activation contributed to adsorption energetics but remained secondary to textural effects under physisorption-controlled conditions.Biomass- and recovered carbon black–derived carbons showed stable cyclic operation and favorable CO₂/N₂ selectivity under dilute and flue-gas-relevant conditions.Beyond adsorption performance, this work demonstrates scalable routes for converting renewable, industrial, and technological carbon residues into high-value porous materials. The results provide design guidelines for precursor selection, activation strategy, and pore engineering in waste-derived carbons for gas separation and related environmental applications.

• openalex https://doi.org/10.63959/chalmers.dt/5904first seen 2026-06-19 04:56:23