ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ АКТИВОВАНОГО ВУГІЛЛЯ, МОДИФІКОВАНОГО 2-ФЕНІЛПРОПЕНОМ
DOI: https://doi.org/10.17721/1728-2209.2024.1(59).10
Ключові слова:
Aктивоване вугілля, модифікування поверхні, термогравіметричний аналіз, кислотно-основні каталізатори.Анотація
Вступ. Використання пористих вуглецевих матеріалів у різноманітних адсорбційно-каталітичних і електрохімічних процесах потребує оптимізації їхніх структурно-сорбційних параметрів та хімічних властивостей поверхневого шару. Модифікування поверхні вуглецевих матеріалів гетероатомами дозволяє суттєво змінювати її кислотно-основні та гідрофільно-гідрофобні властивості, що значно розширює межі застосування. Одержання матеріалів-прекурсорів, які містять високоспецифічні центри, здатні до подальшого модифікування зі збереженням розвиненої пористої структури, є перспективним методом збільшення реакційної здатності поверхні вуглецевих матеріалів. Дана робота присвячена вивченню функціоналізації вуглецевої поверхні 2-фенілпропеном та дослідженню її фізико-хімічних властивостей і реакційної здатності.
Методи. Кісточкове активоване вугілля (КАВ) модифікували 2-фенілпропеном (ФП) з подальшою його (оліго)полімеризацією і сульфували олеумом. Морфологію поверхні зразків вивчали методом скануючої електронної мікроскопії (СЕМ), питому поверхню і сумарний об'єм пор визначали методом низькотемпературної адсорбції-десорбції азоту. Концентрацію поверхневих кислотних центрів визначали титриметричним методом. Термічну стійкість поверхневого шару та вміст нанесеного ФП у модифікованих зразках досліджували методом термогравіметричного аналізу (ТГА). Механізми розкладання поверхневого шару модифікованих зразків вивчали методом термопрограмованої десорбційної мас-спектрометрії (ТПД-МС). Каталітичну активність зразків досліджували в модельній реакції газофазної дегідратації пропан-2-олу.
Результати. Модифікування активованого вугілля КАВ 2-фенілпропеном з подальшою його (оліго)полімеризацією є ефективним методом збільшення концентрації активних центрів поверхні. Даний метод дозволяє ввести у поверхневий шар КАВ до 0,77 ммоль/г термічно стійких форм ФП, здатних до подальшого сульфування. Дослідження адсорбції-десорбції азоту демонструють помірні зміни у питомій поверхні і пористості КАВ із збереженням значної адсорбційної здатності. Методами термогравіметричного аналізу і термопрограмованої десорбції доведено високу термічну стійкість нанесених форм 2-фенілпропену у температурному інтервалі 30–230 °С. Сульфовані зразки містять до 0,72 ммоль/г сильнокислотних SO3H груп і можуть використовуватися як гетерогенні кислотно-основні каталізатори.
Висновки. Модифікування активованого вугілля 2-фенілпропеном з подальшою його (оліго)полімеризацією є ефективним методом збільшення концентрації активних центрів поверхні і одержання гетерогенних кислотно-основних каталізаторів, які містять до 0,72 ммоль/г сильнокислотних SO3H груп.
Посилання
Diyuk, V. E., Vakaliuk, A. V., Tsapyuk, G. G., Yatsymyrskyi, A. V., Mariychuk, R., Boldyrieva, O. Y., & Lisnyak, V. V. (2023). Catalytic decomposition of hydrogen peroxide on nanoporous activated carbons: Effect of surface chemistry. Molecular Crystals and Liquid Crystals, 751(1), 137–148. https://doi.org/10.1080/15421406.2022.2073538
Diyuk, V. E., Grishchenko, L. M., Vakaliuk, A. V., Mischanchuk, A. V., Khaminets, S. G., Mariychuk, R., & Boldyrieva, O. Yu. (2021). Aminated nanoporous activated carbon fibers: Adsorption materials for the recovery of Cu(II) and Cd(II) ions. Molecular Crystals and Liquid Crystals, 720(1), 47–64. https://doi.org/10.1080/15421406.2021.1905282
Dong, Y., Zhang, Q., Tian, Z., Li, B., Yan, W., Wang, S., et al. (2020). Ammonia thermal treatment toward topological defects in porous carbon for enhanced carbon dioxide electroreduction. Adv. Mater, 32(28), 2001300. https://doi.org/10.1002/adma.202001300
Fan, L., Xie, H., Hu, Y., Cai, Z., Apparao, M. R., Zhou, J., et al. (2023). A tailored electrolyte for safe and durable potassium ion batteries. Energy Environ. Sci., 16, 305–315. https://doi.org/10.1039/D2EE03294E
Grishchenko, L. M., Moiseienko, V. A., Goriachko, A. M., Vakaliuk, A. V., Matushko, I. P., Mischanchuk, O. V., Tsapyuk, G. G., Boldyrieva, O. Y., & Lisnyak, V.V. (2023). Preparation and electromagnetic microwave absorption performances of sulfurated and oxidized polyacrylonitrile carbon fibers. Molecular Crystals and Liquid Crystals, 751(1), 1–9. https://doi.org/10.1080/15421406.2022.2073045
Kim, J., Park, J., Lee, J., Lim, W., Jo, C., & Lee, J. (2021). Biomass-derived P,N self doped hard carbon as bifunctional oxygen electrocatalyst and anode material for seawater batteries. Adv. Funct. Mater. 31(22), 2010882. https://doi.org/10.1002/adfm.202010882
Lai, Q. X., Zheng, J., Tang, Z. M., Bi, D., Zhao, J. X., & Liang, Y. Y. (2020). Optimal configuration of N-doped carbon defects in2D turbostratic carbon nanomesh for advanced oxygen reduction electrocatalysis. Angew. Chem. Int. Ed., 59, 11999–12006. https://doi.org/10.1002/ange.202000936
Liu, Z., Zhou, Q. L., Zha, B., Li, S. L., Xiong, Y. Q., & Xu, W. J. (2020). Few-layer N-doped porous carbon nanosheets derived from corn stalks as a bi-functional electrocatalyst for overall water splitting. Fuel, 280, 118567. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020
Mukti, N. I. F., Ariyanto, T., Sediawana, W. B., & Prasetyo, I. (2021). Oxygen-enriched surface modification for improving the dispersion of iron oxide on a porous carbon surface and its application as carbon molecular sieves (CMS) for CO2/CH4 separation. RSC Adv., 11, 36782–36791. https://doi.org/10.1039/D1RA07481D
Nicolae, S. A., Szilágyi, P. Á., & Titirici, M. M. (2020). Soft templating production of porous carbon adsorbents for CO2 and H2S capture. Carbon, 169, 193–204. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.07.064
Stavropoulos, G. G., Samaras, P., & Sakellaropoulos, G. P. (2008). Effect of activated carbons modification on porosity, surface structure and phenol adsorption. Journal of Hazardous Materials, 151(2–3), 414–421. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.06.005
Yue, L. M., Xia, Q.Z., Wang, L.W., Wang, L.L., Dacosta, H., Yang, J., et al. (2018). CO2 adsorption at nitrogen doped carbons prepared by K2CO3 activation of urea-modified coconut shell. J. Colloid Interface Sci., 511, 259–267. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2017.09.040
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Віталій Діюк
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
