University of Oulu

New, biobased carbon foams

Saved in:
Author: Varila, Toni1,2,3
Organizations: 1University of Oulu Graduate School
2University of Oulu, Faculty of Technology
3Kokkola University Consortium Chydenius
Format: ebook
Version: published version
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526227580
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2020
Publish Date: 2020-11-20
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in the Ulappa auditorium of Kokkola University Consortium Chydenius (Talonpojankatu 2B) on 30 November 2020, at 12 noon
Tutor: Professor Ulla Lassi
Doctor Henrik Romar
Doctor Pekka Tynjälä
Reviewer: Professor Bastian Etzold
Professor Harry Bitter
Opponent: Professor Janne Jänis
Description:

Abstract

The use of biomass has grown tremendously among energy-producing factories recently. In addition to burning biomass to produce heat and electricity, new and environment friendly products are being developed in order to utilize biomass more efficiently. Due to the variety of rich carbon sources in biomass, this thesis focuses on the use of such carbon sources in producing activated carbon foams.

The first part of this thesis consists of two sections. First, it notes that carbon foams are produced using sugar as a source of carbon. It further notes that the sugar-based carbon foams that have been produced were too brittle and, therefore, require further adjustment in order to produce mechanically stronger foams. In the second section of the first part, this thesis addresses how hydrolysable tannin, as well as hydrolysable tannin in combination with different lignin types, is used to produce carbon foams and activated carbon foams. This section also studies the physical properties of these foams. The results indicate that changing the catalyst during foaming, or using the right lignin-to-tannin ratio (25 w%) and a four-hour thermal treatment at 1073 K, obtains the highest influence on these foams’ mechanical strength. Up to 10 times stronger foams, can be achieved with this method.

The second part of this thesis focuses on studying the properties and performance of activated carbon foams based on hydrolysable tannin, pine bark, and spruce bark extracts as catalyst supports in the conversion of furfural to 2-methylfuran and as adsorbents for the removal of methylene blue. Based on the results, chemically activated carbon foams from spruce bark work better than physically activated carbon foams in removing methylene blue from solutions due to their more developed pore size distribution and higher specific surface area. The performance of activated carbon foam derived from pine bark extracts in the conversion of furfural to 2-methylfuran was similar to commercial reference materials’ 58%.

see all

Tiivistelmä

Biomassan hyödyntäminen energiaa tuottavissa laitoksissa on kasvanut hurjasti viime aikoina. Vaikka biomassaa poltetaankin lämmön ja energian tuotannon takia, uusia ja ympäristöystävällisiä tuotteita pyritään kuitenkin tuottamaan biomassasta, jotta sen hyödyntäminen olisi mahdollisimman tehokasta. Tässä opinnäytetyössä käytetään biomassan sisältäviä hiilirikkaita yhdisteitä kuten tanniineja, sokereita ja ligniiniä aktivoitujen hiilivaahtojen valmistamiseen.

Väitöstutkimuksen ensimmäinen osa koostuu kahdesta osasta: Ensiksi, hiilivaahtoja ja aktiivihiilivaahtoja tuotetaan käyttämällä sokeria hiilen lähteenä. Tutkimuksissa huomattiin, että hiilivaahdot olivat mekaanisesti liian hauraita. Vahvempien vaahtojen tuottamiseksi, käytetään tutkimuksen toisessa osassa hydrolysoituvaa tanniinia ja hydrolysoituvaa tanniinia yhdessä eri ligniinityyppien kanssa hiilivaahtojen ja aktiivihiilivaahtojen tuottamiseksi sekä tutkittiin niiden fysikaalisia ominaisuuksia. Tulokset osoittivat, että mekaaniseen lujuuteen voidaan vaikuttaa käyttämällä eri katalyyttiä vaahdotuksessa tai käyttämällä oikeaa ligniini / tanniinisuhdetta (25 paino-%) ja 4 tunnin lämpökäsittelyä lämpötilassa 1073 K. Jopa 10 kertaa vahvempia vaahtoja voidaan saavuttaa tällä tavoin.

Väitöstutkimuksen toisessa osassa tutkitaan puhtaista hydrolysoituvista tanniini-, mänty- ja kuusenkuoriuutteista valmistettuja aktiivihiilivaahtoja furfuraalin konversiossa 2-metyylifuraaniksi ja adsorbentteina metyleenisinisen poistossa. Tulosten perusteella kuusen kuoriuutteesta tehdyt kemiallisesti aktivoidut hiilivaahdot toimivat metyleenisinisen poistossa kehittyneemmän huokoskokojakaumansa ja suuremman ominaispinta-alansa vuoksi paremmin kuin fysikaalisesti aktivoidut hiilivaahdot. Männyn kuoriuutteesta valmistettu aktiivihiilivaahto toimi furfuraalin konversiossa 2-metyylifuraaniksi lähes kaupallisten vertailukatalyyttien 58 %:n tavoin.

see all

Series: Acta Universitatis Ouluensis. A, Scientiae rerum naturalium
ISSN: 0355-3191
ISSN-E: 1796-220X
ISSN-L: 0355-3191
ISBN: 978-952-62-2758-0
ISBN Print: 978-952-62-2757-3
Issue: 750
Subjects: