Изучение каталитического синтеза углеродных наноструктур при микроволновом пиролизе целлюлозы

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Одно из направлений разработки методов эффективного и экономичного синтеза углеродных наноструктур из растительного сырья заключается в использовании для проведения пиролитических преобразований биомассы энергии сверхвысокочастотного электромагнитного поля. Объединение микроволнового облучения и процесса пиролиза представляет собой новое решение, имеющее ряд преимуществ, повышающих эффективность переработки биомассы и определяющих перспективность микроволнового пиролиза в получении углеродных нанопродуктов. В работе изучены условия процесса каталитического синтеза углеродных нанотрубок при микроволновом пиролизе целлюлозы - основного компонента биомассы. Задача исследования - оценка влияния бинарного никель-железного катализатора на углеродном носителе на синтез углеродных наноструктур, протекающий в процессе с участием органических добавок (глюкозы, тиомочевины), назначение которых заключается в предотвращении окислительных процессов в системе и поддержании активности катализатора. Опыты выполнялись посредством обработки микроволновым излучением частотой 2450 МГц и мощностью 1000 Вт смеси реагентов в течение 10-12 минут. Синтезированные образцы охарактеризованы методами рентгенофазового анализа и просвечивающей электронной микроскопии. Во всех экспериментах наблюдалось образование многостенных углеродных нанотрубок и малослойных графеновых частиц. Экспериментально установлено, что используемый катализатор проявил большую активность в процессах микроволнового синтеза углеродных нанотрубок в присутствии глюкозы.

Об авторах

Александр Николаевич Заритовский

Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко

Email: zaritovski@gmail.com
к.х.н., старший научный сотрудник отдела супрамолекулярной химии

Елена Николаевна Котенко

Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко

младший научный сотрудник отдела супрамолекулярной химии

Светлана Владимировна Грищук

Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко

младший научный сотрудник отдела супрамолекулярной химии

Валентина Александровна Глазунова

Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко; Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина

научный сотрудник отдела физики и техники высоких давлений и перспективных технологий, ФГБНУ «Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина», инженер отдела супрамолекулярной химии ФГБНУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»

Галина Кузьминична Волкова

Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко; Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина

научный сотрудник отдела физики и техники высоких давлений и перспективных технологий, ФГБНУ «Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина», инженер отдела супрамолекулярной химии ФГБНУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»

Список литературы

  1. Zhang, X. An overview of a novel concept in biomass pyrolysis: microwave irradiation / X. Zhang, K. Rajagopalan, H. Lei et al. // Sustainable Energy and Fuels. - 2017. - V. 1. - I. 8. - P. 1664-1699. doi: 10.1039/c7se00254h.
  2. Baghel, P. Ultrafast growth of carbon nanotubes using microwave irradiation: characterization and its potential applications / P. Baghel, A.K. Sakhiya, P. Kaushal // Heliyon. - 2022. - V. 8. - I. 10. - Art. № e10943. - 20 p. doi: 10.1016/j.heliyon.2022.e10943.
  3. Ge, L. A review of comprehensive utilization of biomass to synthesize carbon nanotubes: From chemical vapor deposition to microwave pyrolysis / L. Ge, M. Zuo, Y. Wang et al. // Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. - 2024. - V. 177. - Art. № 106320. - 16 p. doi: 10.1016/j.jaap.2023.106320.
  4. Adeola, A.O. Microwave-assisted synthesis of carbon-based nanomaterials from biobased resources for water treatment applications: emerging trends and prospects / A.O. Adeola, M.P. Duarte, R. Naccache // Frontiers in Carbon. - 2023. - V. 2. - Art. № 1220021. - 29 p. doi: 10.3389/frcrb.2023.1220021.
  5. Mugadza, K. Synthesis of Carbon Nanomaterials from Biomass Utilizing Ionic Liquids for Potential Application in Solar Energy Conversion and Storage / K. Mugadza, A. Stark, P.G. Ndungu, V.O. Nyamori // Materials. - 2020. - V. 13. - Art. № 3945. - 26 p. doi: 10.3390/ma13183945.
  6. Дейнеко, И.П. Химические превращения целлюлозы при пиролизе / И.П. Дейнеко // Лесной журнал. - 2004. - № 4. - C. 97-111.
  7. Morgan Jr., H.M. A review of catalytic microwave pyrolysis of lignocellulosic biomass for value-added fuel and chemicals / H.M. Morgan Jr., Q. Bu, J. Liang et al. // Bioresource Technology. - 2017. - V. 230. - P. 112-121. doi: 10.1016/j.biortech.2017.01.059.
  8. Wang, Z. State-of-the-Art on the Production and Application of Carbon Nanomaterials from Biomass / Z. Wang, D. Shen, C. Wu, S. Gu // Green Chemistry. - 2018. - V. 20. - I. 22. - P. 5031-5057. doi: 10.1039/c8gc01748d.
  9. Omoriyekomwan, J.E. Mechanistic study on direct synthesis of carbon nanotubes from cellulose by means of microwave pyrolysis /j.E. Omoriyekomwan, A. Tahmasebi, J. Zhang, J. Yu // Energy Conversion and Management. - 2019. - V. 192. - P. 88-99. doi: 10.1016/j.enconman.2019.04.042.
  10. Omoriyekomwan, J.E. A review on the recent advances in the production of carbon nanotubes and carbon nanofibers via microwave-assisted pyrolysis of biomass /j.E. Omoriyekomwan, A. Tahmasebi, J. Dou et al. // Fuel Processing Technology. - 2021. - V. 214. - Art. № 106686. - 22 p. doi: 10.1016/j.fuproc.2020.106686.
  11. Omoriyekomwan, J.E. Formation of hollow carbon nanofibers on bio-char during microwave pyrolysis of palm kernel shell /j.E. Omoriyekomwan, A. Tahmasebi, J. Zhang, J. Yu // Energy Conversion and Management. - 2017. - V. 148. - P. 583-592. doi: 10.1016/j.enconman.2017.06.022.
  12. Cruz-Silva, E. Heterodoped Nanotubes: Theory, Synthesis, and Characterization of Phosphorus-Nitrogen Doped Multiwalled Carbon Nanotubes / E. Cruz-Silva, D.A. Cullen, L. Gu et al. // ACS Nano. - 2008. - V. 2. - № 3. - Р. 441-448. doi: 10.1021/nn700330w.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».