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

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).