Щелочная карбонизация полиакрилонитрила для получения микропористого углеродного материала

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предложен метод синтеза активированного углеродного материала (АУМ) на основе полиакрилонитрила (ПАН) путем активации гидроксидом калия под действием ИК-нагрева. Представлены два подхода к процессу химической активации полимерного прекурсора, а именно формирование АУМ на основе ПАН предварительно термообработанного при 200°C или карбонизированного при 700°C путем пропитки водным раствором щелочи с последующим нагревом до 800°C. Применение ИК-излучения позволяет проводить нагрев со скоростью 50 К/мин и сократить время выдержки при заданной температуре до 2 мин. Изучена зависимость удельной поверхности и пористости АУМ по БЭТ от условий синтеза. Показано, что предложенные подходы приводят к формированию АУМ с удельной площадью поверхности 1091 и 2121 м2/г соответственно.

Об авторах

М. Н. Ефимов

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: efimov@ips.ac.ru
Россия, Москва

Н. А. Жиляева

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: efimov@ips.ac.ru
Россия, Москва

Д. Г. Муратов

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: efimov@ips.ac.ru
Россия, Москва

А. А. Васильев

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: efimov@ips.ac.ru
Россия, Москва

А. А. Юшкин

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Email: efimov@ips.ac.ru
Россия, Москва

Г. П. Карпачева

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: efimov@ips.ac.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Mochalin V.N., Shenderova O., Ho D., Gogotsi Y. // Nat. Nanotechnol. 2012. V. 7. P. 11. https://doi.org/10.1038/nnano.2011.209
  2. Wang J., Kaskel S. // J. Mater. Chem. 2012. V. 22. P. 23710. https://doi.org/10.1039/C2JM34066F
  3. Speranza G. // Nanomater. 2021. V. 11. P. 967. https://doi.org/10.3390/nano11040967
  4. Lazarotto J.S., da Boit Martinello K., Georgin J. et al. // Chem. Eng. Res. Des. 2022. V. 180. P. 67. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2022.01.044
  5. Pui W.K., Yusoff R., Aroua M.K. // Rev. Chem. Eng. 2019. V. 35. P. 649. https://doi.org/10.1515/revce-2017-0057
  6. Abalyaeva V.V., Efimov M.N., Efimov O.N. et al. // Electrochim. Acta. 2020. V. 354. P. 136671. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.136671
  7. Zheng L., Li W.B., Chen J.L. // RSC Adv. 2018. V. 8. P. 29767. https://doi.org/10.1039/C8RA04367A
  8. Efimov M.N., Mironova E.Y., Vasilev A.A. et al. // J. Environ. Chem. Eng. 2021. V. 9. P. 106429. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.106429
  9. Iwanow M., Gärtner T., Sieber V., König B. // Beilstein J. Org. Chem. 2020. V. 16. P. 1188. https://doi.org/10.3762/bjoc.16.104
  10. Mopoung S., Dejang N. // Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 13948. https://doi.org/10.1038/s41598-021-93249-x
  11. Januszewicz K., Kazimierski P., Klein M. et al. // Mater. 2020. V. 13. P. 2047. https://doi.org/10.3390/ma13092047
  12. Franco D.S.P., Georgin J., Netto M.S. et al. // Environ. Sci. Pollut. Res. 2022. V. 29. P. 31085.https://doi.org/10.1007/s11356-021-17846-z
  13. Cao Y., Wang K., Wang X. et al. // Electrochim. Acta. 2016. V. 212. P. 839. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.07.069
  14. Suhas Gupta V.K., Carrott P.J.M. et al. // Bioresour. Technol. 216 (2016) 1066–1076. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.05.106
  15. Wu Q., Liang D., Ma X. et al. // RSC Adv. 2019. V. 9. P. 26676. https://doi.org/10.1039/C9RA04959B
  16. Munoz M., Kolb V., Lamolda A. et al. // Appl. Catal. B Environ. 2017. V. 218. P. 498. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.07.001
  17. Ma J., Liu J., Song J., Tang T. // RSC Adv. 2018. V. 8. P. 2469. https://doi.org/10.1039/C7RA12733B
  18. Sevilla M., Valle-Vigón P., Fuertes A.B. // Adv. Funct. Mater. 2011. V. 21. P. 2781. https://doi.org/10.1002/adfm.201100291
  19. Díez N., Sevilla M., Fombona-Pascual A., Fuertes A.B. // Batter. Supercaps. 2022. V. 5. P. e202100169. https://doi.org/10.1002/batt.202100169
  20. Li K., Wang C. et al. // Res. Chem. Intermed. 2020. V. 46. P. 3459. https://doi.org/10.1007/s11164-020-04156-1
  21. de Paula F.G.F., de Castro M.C.M., Ortega P.F.R. et al. // Microporous Mesoporous Mater. 2018. V. 267. P. 181. https://doi.org/10.1016/J.MICROMESO.2018.03.027
  22. Shen W., Zhang S., He Y. et al. // J. Mater. Chem. 2011. V. 21. P. 14036. https://doi.org/10.1039/C1JM12585K
  23. Ma C., Bai J., Hu X. et al. // J. Environ. Sci. 2023. V. 125. P. 533. https://doi.org/10.1016/J.JES.2022.03.016
  24. Podyacheva O.Y., Cherepanova S.V., Romanenko A.I. et al. // Carbon N. Y. 2017. V. 122. P. 475. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.06.094
  25. Podyacheva O.Y., Ismagilov Z.R. // Catal. Today. 2015. V. 249. P. 12. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2014.10.033
  26. Zhao L., Wang Y., Li W. // RSC Adv. 2016. V. 6. P. 90076. https://doi.org/10.1039/C6RA17049H
  27. Wang Y., Fugetsu B., Wang Z. et al. // Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 40259. https://doi.org/10.1038/srep40259
  28. Gao L., Lu H., Lin H. et al. // Chem. Res. Chinese Univ. 2014. V. 30. P. 441. https://doi.org/10.1007/s40242-014-4059-1
  29. Hsiao H.Y., Huang C.M., Hsu M.Y., Chen H. // Sep. Purif. Technol. 2011. V. 82. P. 19. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2011.08.006
  30. Marrakchi F., Ahmed M.J., Khanday W.A. et al. // Int. J. Biol. Macromol. 2017. V. 98. P. 233. https://doi.org/10.1016/J.IJBIOMAC.2017.01.119
  31. Novais R.M., Caetano A.P.F., Seabra M.P. et al. // J. Clean. Prod. 2018. V. 197. P. 1137. https://doi.org/10.1016/J.JCLEPRO.2018.06.278
  32. Efimov M.N., Vasilev A.A., Muratov D.G. et al. // J. Environ. Chem. Eng. 2019. V. 7. P. 103514. https://doi.org/10.1016/J.JECE.2019.103514
  33. Yushkin A.A., Efimov M.N., Malakhov A.O. et al. // React. Funct. Polym. 2021. V. 158. P. 104793. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2020.104793
  34. Юшкин А.А., Ефимов М.Н., Васильев А.А. и др. // Мембраны и мембранные технологии. 2017. Т. 7. С. 125. https://doi.org/10.1134/S2218117217020080
  35. Lee W.H., Bae J.Y., Yushkin A. et al. // J. Memb. Sci. 2020. V. 613. P. 118477. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.118477
  36. Sakamoto T., Amano Y., Machida M. // SN Appl. Sci. 2020. V. 2. No 4. P. 702. https://doi.org/10.1007/s42452-020-2465-1
  37. Ruhland K., Frenzel R., Horny R. et al. // Polym. Degrad. Stab. 2017. V. 146. P. 298. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2017.10.018
  38. Rahaman M.S.A., Ismail A.F., Mustafa A. // Polym. Degrad. Stab. 2007. V. 92. P. 1421. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2007.03.023
  39. Ferrari A.C., Robertson J. // Philos. Trans. R. Soc. London. Ser. A Math. Phys. Eng. Sci. 2004. V. 362. P. 2477. https://doi.org/10.1098/rsta.2004.1452
  40. Vasiliev V.P., Manzhos R.A., Kochergin V.K. et al. // Mater. 2022. V. 15. P. 821. https://doi.org/10.3390/ma15030821

Дополнительные файлы


© М.Н. Ефимов, Н.А. Жиляева, Д.Г. Муратов, А.А. Васильев, А.А. Юшкин, Г.П. Карпачева, 2023