Синтез и свойства магнитных углеродных нанокомпозитов из целлюлозы методом химической активации FeCl3

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Исследовано получение графитизированных магнитных углеродных композитов, сочетающих адсорбционные свойства активированного угля с магнитными, а также свойствами, присущими графиту. Показана эффективность метода, включающего модификацию целлюлозы костры льна лимонной кислотой для усиления хелатирующей способности целлюлозной матрицы костры льна, пропитку модифицированной целлюлозы хлоридом железа, пиролиз в инертной среде для контролирования состава, морфологии, удельной поверхности и пористости гибридных углеродных материалов. Методом термогравиметрии установлен возможный механизм пиролиза целлюлозной матрицы. Характеристики графитизированных композитов исследованы с помощью рентгеноструктурного анализа. Установлено, что модификация целлюлозы лимонной кислотой позволяет получить углеродный композит с высоким содержанием графита (74%) со степенью графитизации графитовой структуры, близкой к степени графитизации коммерческого графита при 700°С. Методами низкотемпературной адсорбции–десорбции N2 и ζ-потенциала установлен возможный механизм адсорбции экологически опасных красителей. Показано, что наибольшая равновесная величина адсорбции красителей метиленового синего и метилового оранжевого составила 127.4 и 23.7 мг/г соответственно. Полученные композиты могут использоваться в качестве адсорбентов и наполнителей в полимерных композиционных материалах.

Об авторах

А. Н. Прусов

Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН

Email: anp@isc-ras.ru
Россия, 153045, Иваново, ул. Академическая, 1

С. М. Прусова

Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН

Email: anp@isc-ras.ru
Россия, 153045, Иваново, ул. Академическая, 1

М. В. Радугин

Институт химии растворов им. Г.А. Крестова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: anp@isc-ras.ru
Россия, 153045, Иваново, ул. Академическая, 1

Список литературы

  1. Niazi L., Lashanizadegan A., Sharififard H. // J. Clean. Prod. 2018. V. 185. P. 554. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.03.026
  2. Zhang B., Zeng X., Xu P. et al. // Environ. Sci. Technol. 2016. V. 50. P. 11837. https://doi.org/10.1021/acs.est.6b01919
  3. Erdem H., Erdem M. // Biomass Conv. Bioref. 2022. V. 12. P. 3513. https://doi.org/10.1007/s13399-020-00963-z
  4. Bekhoukh A., Moulefera I., Zeggai F.Z. et al. // J. Polym. Environ. 2022. V. 30. P. 886. https://doi.org/10.1007/s10924-021-02248-6
  5. Rashidi N.A., Yusup S. // Chem. Eng. J. 2017. V. 314. P. 277. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.11.059
  6. Klasson K.T., Wartelle L.H., Lima I.M. et al. // Bioresour. Technol. 2009. V. 100. P. 5045. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2009.02.068
  7. Ogungbenro A.E., Quang D.V., Al-Ali K.A. et al. // J. Environ. Chem. Eng. 2020. V. 8. P. 104257. https://doi.org/10.1016/j.jece.2020.104257
  8. Somasundaram S.K., Sekar Gupta V.K., Ganesan S. // J. Mol. Liq. 2013. V. 177. P. 416. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2012.09.022
  9. Ahmed M.J. // J. Environ. Chem. Eng. 2016. V. 4. P. 89. https://doi.org/10.1016/j.jece.2015.10.027
  10. Prusov A.N., Prusova S.M., Radugin M.V. et al. // Fuller. Nanotub. Car. N. 2021. V. 29. P. 685. https://doi.org/10.1080/1536383X.2021.188106
  11. Ahmed M.J., Theydan S.K. // Powder Technol. 2012. V. 229. P. 237. https://doi.org/10.1016/j.powtec.2012.06.043
  12. Ma J., Zhou L., Dan W. et al. // J. Colloid Interface Sci. 2015. V. 446. P. 298. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2015.01.036
  13. Teng H.S., Yeh T.S., Hsu L.Y. // Carbon. 1998. V. 36. P. 1387. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(98)00127-4
  14. Hamouda H.A., Cui S., Dai X. et al. // RSC Adv. 2021. V. 11. P. 354. https://doi.org/10.1039/D0RA09509E
  15. Xu Z., Sun Z., Zhou Y. et al. // Colloids Surf., A. 2019. V. 582. P. 123934. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.123934
  16. Khiari B., Ferjani A.I., Azzaz A.A. et al. // Biomass Conv. Bioref. 2021. V. 11. P. 325. https://doi.org/10.1007/s13399-020-00641-0
  17. Rodríguez-Sánchez S., Díaz P., Ruiz B. et al. // J. Environ. Manage. 2022. V. 312. P. 114897. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.114897
  18. Прусов А.Н., Прусова С.М., Базанов А.В. и др. // Журн. неорган. химии. 2019. Т. 64. С. 431.
  19. Feng H., Li J., Wang L. // BioRes. 2010. V. 5. № 3. P. 1484. https://doi.org/10.15376/biores.5.3.1484-1495.
  20. Cox M., Pichugin A.A., El-Shafey E.I. et al. // Hydrometallurgy. 2005. V. 78. P. 137. https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2004.12.006
  21. Wang C., Yang Q., Ren N. et al. // Chem. Eng. Commun. 2020. https://doi.org/10.1080/00986445.2020.1826940
  22. Hu W., Zhang M., Ton-That M.-T. et al. // Fiber. Polym. 2014. V. 15. P. 1722. https://doi.org/10.1007/s12221-014-1722-6
  23. Prusov A.N., Prusova S.M., Radugin M.V. et al. // Fuller. Nanotub. Car. N. 2021. V. 29. P. 232. https://doi.org/10.1080/1536383X.2020.1832994
  24. Bedia J., Monsalvo V.M., Rodriguez J.J. et al. // Chem. Eng. J. 2017. V. 318. P. 224. https://doi.org/10.1016/j.cej.2016.06.096
  25. Bedia J., Belver C., Ponce S. et al. // Chem. Eng. J. 2018. V. 333. P. 58. https://doi.org/10.1016/j.cej.2017.09.161
  26. Vasu A.E., Archana A.P.M.S., Sagayaraj A.C. et al. // Chem. Commun. 2022. V. 141. P. 109541. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2022.109541
  27. Hermosa G.C., Liao C.-S., Wan. S.-F. et al. // J. Nanosci. Nanotechnol. 2021. V. 21. P. 5756. https://doi.org/10.1166/jnn.2021.19494
  28. Vaughana T., Seoa C.W., Marshall W.E. // Bioresour. Technol. 2001. P. 78. P. 133. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(01)00007-4
  29. Prusov A.N., Prusova S.M., Zakharov A.G. et al. // Fuller. Nanotub. Car. N. 2019. V. 27. P. 967. https://doi.org/10.1080/1536383X.2019.1679780
  30. Prusov A.N., Prusova S.M., Radugin M.V. et al. // Fuller. Nanotub. Car. N. 2022. V. 30. P. 1019. https://doi.org/10.1080/1536383X.2022.2057965
  31. Kuang Y., Zhang X., Zhou S. // Water. 2020. V. 12. P. 587. https://doi.org/10.3390/w12020587
  32. Destyorini F., Irmawati Y., Hardiansyah A. et al. // Eng. Sci. Technol. Int. J. 2021. V. 24. P. 514. https://doi.org/10.1016/j.jestch.2020.06.011
  33. Bacon BY G.E. // Acta Cryst. 1951. V. 4. P. 558. https://doi.org/10.1107/s0365110x51001781
  34. Dai C., Wan J., Yang S. et al. // Appl. Surf. Sci. 2018. V. 444. P. 105. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.02.261
  35. Dizbay-Onat M., Vaidya U.K., Balanay J.A.G. et al. // Adsorpt. Sci. Technol. 2018. V. 36. № 1–2. P. 441. https://doi.org/10.1177/0263617417700635
  36. Krivoruchko O.P., Zaikovskii V.I. // Mendeleev Commun. 1998. V. 8. № 3. P. 97. https://doi.org/10.1070/MC1998v008n03ABEH000944
  37. Hoekstra J., Beale M., Soulimani F. et al. // Carbon. 2016. V. 197. P. 248. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2016.05.065
  38. Xu Z., Zhou Y., Sun Z. et al. // Chemosphere. 2020. V. 241. P. 125120. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.125120
  39. Jozwiak W.K., Kaczmarek E., Maniecki T.P. et al. // Appl. Catal. A: General. 2007. V. 326. P. 17. https://doi.org/10.1016/j.apcata.2007.03.021
  40. Li H., Zhang H., Li K. et al. // Fuel. 2020. V. 279. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.118531
  41. Rufford. T.E., Hulicova-Jurcakova D., Zhu. Z. // J. Mater. Res. 2011. V. 25. P. 1451. https://doi.org/10.1557/JMR.2010.0186
  42. Zhu X., Liu Y., Luo G. et al. // Environ. Sci. Technol. 2014. V. 48. P. 5840. https://doi.org/10.1021/es500531c
  43. Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V. et al. // Pure Appl. Chem. 2015. V. 87. P. 1051. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117
  44. Cychosz K.A., Thommes M. // Engineering. 2018. V. 4. P. 559. https://doi.org/10.1016/j.eng.2018.06.001
  45. Udayakumar M., Mrabate B.E., Koós T. et al. // Arabian J. Chem. 2021. V. 14. P. 103214. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2021.103214
  46. Janani B., Mohaimeed A.M.A., Raju L.L. et al. // J. Environ. Health Sci. Engineer. 2021. V. 19. P. 389. https://doi.org/10.1007/s40201-021-00612-1
  47. Istratie R., Stoia M., Păcurariu C. et al. // Arabian J. Chem. 2019. V. 12. P. 3704. http://dx.doi.org/10.1016/j.arabjc.2015.12.012
  48. Fan W., Gao W., Zhang C. et al. // J. Mater. Chem. 2012. V. 22. P. 25108. https://doi.org/10.1039/C2JM35609K
  49. Karagöza S., Tay T., Ucar S. et al. // Bioresour. Technol. 2008. V. 99. P. 6214. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2007.12.019
  50. Pittman C.U., He G.R., Wu B. et al. // Carbon. 1997. V. 35. № 3. P. 317. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(97)89608-X

Дополнительные файлы


© А.Н. Прусов, С.М. Прусова, М.В. Радугин, 2023