Pirolisi di brattee di mais per l'ottenimento di carboni microporosi ad alta area superficiale: caratterizzazione e test di cattura di anidride carbonica.

The growing need for sustainable solutions for carbon sequestration has stimulated research on innovative materials such as biochar (BC). This study explores the synthesis and characterization of BC obtained from corn husks, analyzing how variations in synthesis conditions, such as temperature and composition of the pyrolysis gas flow, affect the structural and functional properties of the material. The results highlight a great diversification of specific surface areas, ranging from low values up to values comparable to those shown by commercial activated carbons. FE-SEM analyses allowed to observe the surface morphological transformation, consistent with the adsorption data, supported by BET, Langmuir and NL-DFT models. FT-IR spectroscopy investigation revealed variations in the composition of surface functional groups following the different synthesis treatments showing the increase in aromaticity in the samples. These structural modifications directly impact the CO₂ adsorption performances, measured by microgravimetric methods. Biochar synthesized in nitrogen-only atmosphere showed a significant selectivity for CO₂ over N₂ and an increasing adsorptive capacity with increasing outgassing temperature, highlighting irreversible phenomena promising for long-term sequestration applications. Biochar activated with high amounts of CO₂ presented a higher reversibility of the adsorption process, albeit with a lower affinity for CO₂ compared to the counterpart treated in N₂ only, underlining the crucial importance of functional groups in the adsorption dynamics. These results highlight the versatility of biochars derived from agricultural biomass and open new perspectives for the design of advanced materials dedicated to carbon dioxide capture and sequestration.

La crescente necessità di soluzioni sostenibili per il sequestro dell’anidride carbonica ha stimolato la ricerca su materiali innovativi come il biochar (BC). Questo studio esplora la sintesi e la caratterizzazione di BC ottenuto da brattee di mais, analizzando come variazioni nelle condizioni di sintesi, quali temperatura e composizione del flusso di gas di pirolisi, influenzino le proprietà strutturali e funzionali del materiale. I risultati evidenziano una grande diversificazione delle aree superficiali specifiche, spaziando da valori bassi fino a valori comparabili a quelli mostrati dai carboni attivi commerciali. Le analisi FE-SEM hanno permesso di osservare la trasformazione morfologica superficiale, coerente con i dati di adsorbimento, supportati dai modelli BET, Langmuir e NL-DFT. L'indagine spettroscopica FT-IR ha rivelato variazioni nella composizione dei gruppi funzionali superficiali a seguito dei diversi trattamenti di sintesi mostrando l’aumento di aromaticità nei campioni. Tali modifiche strutturali si riflettono direttamente sulle performance di adsorbimento di CO₂, misurate tramite metodi microgravimetrici. In particolare, il biochar sintetizzato in atmosfera di solo azoto ha mostrato una selettività significativa per la CO₂ rispetto all’N₂ e una capacità adsorbente crescente con l’aumentare della temperatura di outgassing, evidenziando fenomeni irreversibili promettenti per applicazioni di sequestro a lungo termine. Al contrario, il biochar attivato con elevate quantità di CO₂ ha presentato una maggiore reversibilità del processo di adsorbimento, seppur con una minore affinità per la CO₂ rispetto alla controparte trattata in solo N₂, sottolineando l’importanza cruciale dei gruppi funzionali nella dinamica di adsorbimento. Questi risultati mettono in luce la versatilità dei biochar derivati da biomassa agricola e aprono nuove prospettive per la progettazione di materiali avanzati dedicati alla cattura e al sequestro dell’anidride carbonica.