Синтез, термодесорбційні та каталітичні властивості сірковмісного вуглецевого волокна
Проведено модифікування поверхні вуглецевого волокна, виготовленого з віскози, парами сірки в температурному інтервалі 400–800 °С з подальшим окисненням отриманих матеріалів пероксидом водню, в результаті чого отримано зразки вуглецевого волокна, що містять на поверхні сірковмісні кислотні групи. Си...
Gespeichert in:
| Datum: | 2018 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine
2018
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/53 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Catalysis and petrochemistry |
| Завантажити файл: |  |
Institution
Catalysis and petrochemistry| _version_ | 1872009009685331968 |
|---|---|
| author | Grishchenko, L.M. Bezugla, T.M. Vakaliuk, A.V. Mischanchuk, O.V. Diyuk, V.E. |
| author_facet | Grishchenko, L.M. Bezugla, T.M. Vakaliuk, A.V. Mischanchuk, O.V. Diyuk, V.E. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "L.M. Grishchenko",
"institution": "Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна, 01601 Київ, вул. Володимирська, 62а"
},
{
"author": "T.M. Bezugla",
"institution": "Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна, 01601 Київ, вул. Володимирська, 62а"
},
{
"author": "A.V. Vakaliuk",
"institution": "Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна, 01601 Київ, вул. Володимирська, 62а"
},
{
"author": "O.V. Mischanchuk",
"institution": "Інститут хімії поверхні імені О.О. Чуйка НАН України, Україна, 03164 Київ, вул. Генерала Наумова"
},
{
"author": "V.E. Diyuk",
"institution": "Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Україна, 01601 Київ, вул. Володимирська, 62а"
}
] |
| author_sort | Grishchenko, L.M. |
| baseUrl_str | https://kataliz.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2021-11-27T20:45:53Z |
| description | Проведено модифікування поверхні вуглецевого волокна, виготовленого з віскози, парами сірки в температурному інтервалі 400–800 °С з подальшим окисненням отриманих матеріалів пероксидом водню, в результаті чого отримано зразки вуглецевого волокна, що містять на поверхні сірковмісні кислотні групи. Синтезовані зразки були досліджені в модельній реакції – газофазній дегідратації ізопропанолу з утворенням пропілену. Показано, що одержані матеріали характеризуються значною термічною стійкістю та мають високу каталітичну активність – повне перетворення ізопропанолу в пропілен спостерігається при температурі 140–180 °С. |
| first_indexed | 2026-03-12T15:50:04Z |
| format | Article |
| fulltext |
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
34
УДК 676.03+621.794+544.47 2018
Синтез, термодесорбційні та каталітичні властивості
сірковмісного вуглецевого волокна
Л.М. Гріщенко1, Т.М. Безугла1, А.В. Вакалюк1, О.В. Місчанчук2, В.Є. Діюк1
1Київський національний університет імені Тараса Шевченка,
Україна, 01601 Київ, вул. Володимирська, 62а, тел.: 239-34-38;
2Інститут хімії поверхні імені О.О. Чуйка НАН України,
Україна, 03164 Київ, вул. Генерала Наумова, 17
Проведено модифікування поверхні вуглецевого волокна, виготовленого з віскози, парами
сірки в температурному інтервалі 400–800 °С з подальшим окисненням отриманих матері-
алів пероксидом водню, в результаті чого отримано зразки вуглецевого волокна, що містять
на поверхні сірковмісні кислотні групи. Синтезовані зразки були досліджені в модельній
реакції – газофазній дегідратації ізопропанолу з утворенням пропілену. Показано, що одер-
жані матеріали характеризуються значною термічною стійкістю та мають високу каталіти-
чну активність – повне перетворення ізопропанолу в пропілен спостерігається при темпера-
турі 140–180 °С.
Ключові слова: вуглецеві волокна, модифікування поверхні, сульфогрупи, дегідратація ізо-
пропанолу
Вступ
Нанорозмірні вуглецеві матеріали знаходять широ-
ке застосування в адсорбції [1–2], каталізі [3–4] та в
системах збереження енергії [5–7]. В останні роки хі-
мія вуглецевих матеріалів (ВМ) розвивається приско-
реними темпами, зокрема, завдяки унікальним власти-
востям вуглецевої матриці. В каталізі ВМ знаходять
широке застосування, оскільки їх легко відокремлюва-
ти від реакційної суміші та регенерувати. Крім того,
вони можуть бути отримані з відновлювальної приро-
дної сировини.
Найбільш поширеним методом модифікування ву-
глецевих матеріалів з метою одержання кислотних ка-
талізаторів є обробка сірчаною кислотою або олеумом
[8–9]. Цей метод є ефективним у випадку сульфування
вугільних карбонізатів – так можна отримати матеріа-
ли з високим вмістом поверхневих сульфогруп [10–12].
Але такі матеріали, хоч і містять досить високу конце-
нтрацію сульфогруп, проте мають незадовільні механі-
чні характеристики та швидко втрачають активність
при багаторазовому їх використанні. Обробка ВМ хло-
рсульфоновою кислотою є теж не дуже ефективним
методом функціоналізації поверхні, внаслідок перебігу
паралельного процесу хлорування [13]. Попереднє га-
логенування дає можливість отримати матеріали з не-
високою концентрацією сульфогруп та різною, залеж-
но від природи галогену, термічною стійкістю [14].
Каталізатори, отримані на основі полімерних матеріа-
лів, мають низьку термічну стійкість та набухають у
розчинниках, що негативно позначається на доступно-
сті активних центрів та кінетичних характеристиках
при перебігу процесів за їх участі [15–17]. Тому пошук
нових ефективних методів введення кислотних груп в
поверхневий шар ВМ є актуальною проблемою.
Дана робота присвячена функціоналізації вуглеце-
вого волокна (ВВ) сірковмісними групами і вивченню
термодесорбційних та каталітичних властивостей
отриманих матеріалів.
Експериментальна частина
Як вихідний матеріал було використано промисло-
ве вуглецеве волокно Бусофіт, яке одержано при кар-
бонізації та активації віскозної нитки. Питома поверх-
ня волокна 1380 м2/г, об’єм пор 0,63 см3/г.
Функціоналізацію ВВ сірковмісними групами про-
водили, пропускаючи протягом 1 год потік аргону, на-
сичений парами сірки, через волокно, нагріте до 400,
500, 600, 700 та 800 °С. Потім зразки, не від’єднуючи
від лінії подачі аргону, охолоджували до кімнатної те-
мператури. Отримані зразки ВВ окиснювали 30%-м
розчином H2O2 за кімнатної температури, відмивали та
сушили при 120 °С на повітрі. Вказані температури
синтезу використані для позначення одержаних мате-
ріалів. Дана методика відрізняється від описаної рані-
ше [18] тим, що зразки відразу після синтезу швидко
охолоджували в потоці аргону без витримування в іне-
ртній атмосфері протягом години.
Дослідження зразків волокна проводили з викорис-
танням методів термогравіметричного аналізу (ТГА) та
термопрограмованої десорбції із мас-спектрометрич-
ною реєстрацією продуктів (ТПДМС). Температурний
інтервал дослідження складав 30–800 °С, швидкість
нагріву – 10 °С/хв. Для визначення концентрації пове-
рхневих кислотних центрів попередньо висушене во-
локно (0,1 г) заливали 25 мл 0,1 н. розчину NaOH, ви-
тримували 24 год і методом потенціометричного тит-
рування (ПТ) визначали концентрацію NaOH в розчині
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
35
до і після контакту зі зразком. За різницею концентра-
цій розраховували кількість всіх кислотних центрів на
поверхні.
Реакцію дегідратації ізопропанолу на сірковмі-
сних зразках волокна вивчали в газофазних умо-
вах у проточній установці в інтервалі температур
30–250 °С в умовах рівномірного нагріву зі швид-
кістю 5–7 °С/хв. Наважка волокна становила 0,2 г,
швидкість потоку аргону, насиченого парою ізо-
пропанолу (концентрація спирту 1,07·10–3 моль/л),
складала 45 мл/хв. Окремими дослідженнями було
встановлено, що на даних зразках в обраному тем-
пературному інтервалі основним продуктом дегід-
ратації є пропілен. Концентрацію пропілену ви-
значали методом ІЧ спектроскопії за інтенсивніс-
тю смуги поглинання при 3105 см–1 (рис. 1) [19]. За
міру каталітичної активності було обрано темпе-
ратуру 100%-го перетворення ізопропанолу в про-
пілен (t100%). Дезактивацію каталізаторів вивчали
аналізуючи зміну t100% для різних циклів (І, ІІ і ІІІ)
нагріву зразка в реакційній суміші.
Результати та їх обговорення
Згідно з даними, отриманими методом ТГА, вста-
новлено, що для модифікованих зразків, в порівнянні з
вихідним волокном (рис. 2, а), спостерігається суттєве
збільшення втрати маси (в 3–7 разів) в усьому дослі-
дженому температурному інтервалі (рис. 2, б). Для ви-
хідного волокна і всіх модифікованих зразків можна
виділити три інтервали втрати маси (рис. 2). В темпе-
ратурному інтервалі 30–180 °С спостерігається виді-
лення фізично адсорбованої води, при 180–450 °С від-
бувається деструкція поверхневих груп середньої стій-
кості, а при температурі більшій 500 °С розкладаються
найбільш термічно стійкі поверхневі групи [20–22].
Збільшення втрати маси після модифікування ВВ мо-
же бути пов’язане як із функціоналізацією поверхнево-
го шару волокна сірковмісними групами, так і з фор-
муванням кисневмісних груп, що утворюються на ста-
дії окиснення пероксидом водню. Величина втрати
маси суттєво зменшується при збільшенні температури
модифікування, що можна пояснити зменшенням вмі-
сту прищепленої сірки та утворенням більш хімічно і
термічно стійких поверхневих груп.
Методом ТПДМС показано, що основним продук-
том розкладання сірковмісних груп для всіх одержаних
зразків є діоксид сірки (m/z 64). Виділення SO2 (рис. 3,
в) спостерігається в широкому температурному інтер-
валі 70–650 °С, що характерно для деструкції сульфо-
груп [14].
Розкладання кривої виділення SO2 за допомогою
функцій Гауса дає можливість виділити дві складові з
температурами максимумів при 200±20 °С і 300±20 °С,
відповідно (таблиця). Ці складові відповідають двом
формам SO3H груп, які відрізняються поверхневим
оточенням. Окрім діоксиду сірки, в температурному
інтервалі 100–800 °С відбувається також інтенсивна
десорбція діоксиду та монооксиду вуглецю (рис. 3, б),
2500 3000 3500 4000
0
2000
4000
6000
8000
3
2
1
І,
ві
дн
. о
д.
, см-1
1 - 115OC,
2 - 120OC,
3 - 125OC.
Рис. 1. ІЧ-спектри суміші аргон-ізопропанол при
нагріванні (пунктирні лінії) у порівнянні з вихідним
спектром ізопропанолу (суцільна лінія) в присутності
зразків модифікованого волокна
0 200 400 600 800
-0,04
-0,02
0,00
-4
-3
-2
-1
0
2
1
t, oC
dm/dt ·104, г/oCm, г
а
0 200 400 600 800
-0,3
-0,2
-0,1
0,0
-2
-1
0
2
1
t, oC
dm/dT ·104, г/oCm, г
б
Рис. 2. Температурні залежності втрати маси для вихідного (а) та сірковмісного волокна на прикладі зразка Бус/S600 (б)
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
36
400 500 600 700 800
0
1
2
3
4
t, OC
C
O
/S
O
2
а
400 500 600 700 800
0,8
1,0
1,2
t, OC
C
O
2 /S
O
2
б
Рис. 4. Залежність співвідношення концентрації
монооксиду (а) та діоксиду вуглецю (б) по відношенню
до діоксиду сірки від температури синтезу
які утворюються при розкладанні різних кисневмісних
груп – карбоксильних, лактонних, ангідридних та фе-
нольних [20, 21]. Отже, значний ефект втрати маси,
зафіксований методом ТГА в температурному інтерва-
лі 180–450 °С, відноситься до розкладання сульфогруп
та кисневмісних груп, здебільшого карбоксильних.
В ТПДМС спектрах модифікованих зразків, порів-
няно з вихідним волокном (рис. 3, а), спостерігається
збільшення інтенсивності виділення оксидів вуглецю і
води (рис. 3, б), що вказує на збільшення концентрації
кисневмісних груп на поверхні сірковмісних зразків
ВВ. У поверхневому шарі всіх досліджених зразків
переважають групи, деструкція яких відбувається при
досить високих (>600 °С) температурах з утворенням
СО. Ці групи ідентифіковані як фенольні групи, що
утворюються на стадії окиснення сірковмісних воло-
кон пероксидом водню [20, 21]. Характер зміни вели-
чини відношення вмісту оксидів вуглецю до вмісту
діоксиду сірки С(СО2)/С(SО2) і С(СО)/С(SО2) зі збіль-
шенням температури синтезу (рис. 4.) вказує на опти-
мальні умови синтезу для одержання зразків з високою
концентрацією сірки в поверхневому шарі. Для зразків
Бус/S500 та Бус/S600 ці відношення найнижчі, що мо-
0 200 400 600 800
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
3
2
І,
ві
дн
. о
д.
t,oC
1
а
0 200 400 600 800
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
3
2
1
t,oC
І,
ві
дн
. о
д.
б
0 200 400 600 800
0
50
100
150
200
250
300
І,
ві
дн
. о
д.
t,oC
в
Рис. 3. ТПДМС профілі для зразків вихідного Бусофіту
(а) та Бусофіту, модифікованого сульфогрупами, на
прикладі зразка Бус/S/500 (б, в): 1 – m/z 18, 2 – m/z 28, 3 –
m/z 44. Інтенсивність виділення СО2 для зразка вихідного
волокна збільшена в 5 разів. Рис. 2, в – m/z 64
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
37
же бути зумовлено тим, що обробка парою сірки при
температурі 500 та 600 °С забезпечує максимальну
концентрацію сірки в зразках, а значить і найвищу
концентрацію сульфогруп після окиснення перокси-
дом водню. Значний ефект втрати маси на ТГА-
кривих, що спостерігається в температурному інтерва-
лі 180–450 °С, який відповідає загальній концентрації
всіх кисневмісних груп для даних зразків, визначається
в значній мірі саме сульфогрупами.
Значна десорбція води з поверхні сірковмісних зра-
зків в температурному інтервалі до 200–250 °С свід-
чить про істотне зростання гідрофільності поверхні
волокна після модифікування.
Отже, модифікування поверхні ВВ приводить до
формування термічно стійких сильних кислотних груп
(сульфогруп), які розкладаються в температурному
інтервалі 70–650 °С та різних кисневмісних груп, роз-
кладання яких відбувається, переважно, за температур
більших за 400 °С. Ці дані узгоджуються з результата-
ми, отриманими при титруванні модифікованих зразків
– загальна концентрація кислотних груп (с) є значною і
становить 1,51–2,97 ммоль/г (таблиця). Вихідне волок-
но має низьку концентрацію кисневмісних груп – 0,29
ммоль/г.
75 100 125 150 175
0
20
40
60
80
100
54321
t, OC
В
их
ід
п
ро
пі
ле
ну
, %
Рис. 5. Температурні залежності виходу пропілену для
зразків модифікованого волокна: 1 – Бус/S600, 2 – Бус/S500,
3 – Бус/S700, 4 – Бус/S400, 5 – Бус/S800
Дослідження каталітичної активності сірковмісного
волокна в реакції дегідратації ізопропанолу показали,
що одержані каталізатори мають 100%-ну селектив-
ність за пропіленом. Для всіх модифікованих зразків
досягається повне перетворення ізопропанолу в пропі-
лен (рис. 5). Найбільш активними виявились зразки
Бус/S500 та Бус/S600, для яких температура 100 % пе-
ретворення складає 145 та 140 °С, відповідно (табли-
ця). Оскільки вихідне волокно взагалі не проявляє ак-
тивності в досліджуваному інтервалі температур, висо-
ка активність одержаних каталізаторів зумовлена сфо-
рмованими на поверхні сульфогрупами. Температури
перебігу реакції дегідратації при повторному викорис-
танні зразків або не змінюються взагалі з кожним цик-
лом або дещо зростають (не більше як на 5°С), що вка-
зує на значну термічну стійкість і збереження каталіти-
чної активності сірковмісних зразків при їхньому бага-
торазовому використанні (таблиця). Отримані каталі-
затори мають вищу активність і стійкість в реакційно-
му середовищі порівняно з каталізаторами, що були
отримані раніше на основі бромованого [22] та хлоро-
ваного волокна [23]. Вивчені зразки також є більш ак-
тивними порівняно з одержаними за подібним мето-
дом [18] із використанням стадії витримування в пото-
ці аргону (1 год) після обробки парою сірки. Імовірною
причиною вищої активності вивчених каталізаторів є
збереження всіх форм хемосорбованої сірки, що дося-
гається при мінімальному часі витримки зразків в ар-
гоні після проведення сульфування.
Висновки
Таким чином, при модифікуванні вуглецевого воло-
кна парою сірки з подальшим окисненням пероксидом
водню отримано зразки, що містять на поверхні сульфо-
групи. Показано, що синтезовані каталізатори забезпе-
чують 100 % перетворення ізопропанолу в пропілен при
температурі 140–180 °С. Досліджено термодесорбційні
властивості отриманих матеріалів та показано, що вони
характеризуються досить високою термічною стійкістю.
Модифіковані за запропонованою методикою вуглецеві
волокна можуть бути використані як ефективні низько-
температурні каталізатори кислотно-основних процесів
хімічного та нафтохімічного синтезу.
Загальна втрата маси (Δmзаг) та втрата маси в інтервалі 180–450 С (ΔmΔТ), визначена методом ТГА, температурний
інтервал (ΔT) та температури максимумів десорбції, визначені методом ТПДМС (Tmax1, Tmax2), концентрація
кислотних груп (с) та температури повного перетворення ізопропанолу в пропілен для трьох циклів (І, ІІ, ІІІ)
нагріву-охолодження
ТГА ТПДМС t100%, °С Зразок
Δmзаг, г/г ΔmΔТ, г/г ΔT, °С Tmax1, °С, Tmax2, °С
с,
ммоль/г
І цикл ІІ цикл ІІІ цикл
Бус/S400 0,38 0,16 75–550 175, 280 2,05 175 180 190
Бус/S500 0,33 0,12 90–660 205, 300 1,81 145 145 145
Бус/S600 0,35 0,13 75–650 215, 295 2,97 140 140 140
Бус/S700 0,26 0,09 70–620 205, 300 1,64 150 155 155
Бус/S800 0,17 0,07 97–590 230, 330 1,51 180 180 180
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
38
Література
1. Park S.-J. Carbon Fibers. Dordrecht. Springer. 2015.
2. Li D., Ma X. Preparation and characterization of acti-
vated carbon fibers from liquefied wood. Cellulos. 2013. 20
(4). 1649–1656
3. Hu S., Jiang F., Hsieh Y.-L. 1D Lignin-based solid
acid catalysts for cellulose hydrolysis to glucose and nanocel-
lulose. ACS Sustainable Chem. Eng. 2015. 3 (10). 2566–
2574.
4. Li Q., Chen S., Zhuang L., Xu X., Li H. Preparation of
a sulfonated activated carbon fiber catalyst with c-irradiation-
induced grafting method. J. Mater. Res. 2012. (27). 3083–
3089.
5. Russo P.A., Antunes M.M., Neves P., Wiper P.V.,
Fazio E., Neri F., Barreca F., Mafra L., Pillinger M., Pinna
N., Valente A.A. Solid acids with SO3H groups and tunable
surface properties: versatile catalysts for biomass conversion.
J. Mater. Chem. A, 2014. 2 (30), 11813–11824.
6. Garg B., Bisht T., Ling Y.-C. Graphene-based nano-
materials as heterogeneous acid catalysts: a comprehensive
perspective. Molecules. 2014. 19 (9). 14582–14614.
7. Luque R., Balu A.M. Producing fuels and fine chemi-
cals from biomass using nanomaterials. Boca Raton. CRC.
2013.
8. Knaggs E.A., Nepras M.J. Othmer K. Encyclopedia of
Chemical Technology. Hoboken. Wiley. 2014. 1–52.
9. Kang S., Ye J., Chang J. Recent advances in carbon-
based sulfonated catalyst: preparation and application. Int.
Rev. Chem. Eng. 2013. (5). 133–143.
10. Dawodu F.A., Ayodele O.O., Xin J., Zhang S. Appli-
cation of solid acid catalyst derived from low value biomass
for a cheaper biodiesel production. J. Chem. Technol. Bio-
technol. 2014. (89). 1898–1909.
11. Russo P.A., Antunes M.M., Neves P., Wiper P.V.,
Fazio E., Neri F., Barreca F., Mafra L., Pillinger M., Pinna
N., Valente A.A. Solid acids with SO3H groups and tunable
surface properties: versatile catalysts for biomass conversion.
Green. Chem. 2014. (16). 4292–4305.
12. Pang Q., Wang L.Q., Yang H., Jia L.S., Pan X.W.,
Qiu C.C. Cellulose-derived carbon bearing –Cl and –SO3H
groups as a highly selective catalyst for the hydrolysis of cel-
lulose to glucose. RSC Adv. 2014. (4). 41212–41218.
13. Cremlyn R.J.W. Chlorosulfonic acid: a versatile re-
agent. Cambridge. RSC. 2002.
14. Diyuk V.E., Zaderko A.N., Grishchenko L.M., Yat-
symyrskiy A.V., Lisnyak V.V. Efficient carbon-based acid
catalysts for the propan-2-ol dehydration. Catal. Commun.
2012. (27). 33–37.
15. Полянский Н.Г. Катализ ионитами. Москва.
Химия. 1974.
16. Никольский Б.П., Романков П.Г. Иониты в хими-
ческой технологии. Ленинград. Химия. 1982.
17. Васильев А.А. Синтез полимерных нераствори-
мых сульфокислот. Ленинград. Наука. 1971.
18. Grishchenko L.M., Bezugla T.M., Vakaliuk A.V.,
Radkevich V.Z., Byeda O.A., Diyuk V.E. Functionalization
of carbon fibres with S-containing groups. Catalysis and
petrochemistry. 2015. (24). С. 38–40.
19. Гріщенко Л.М. Синтез, адсорбційні та каталі-
тичні властивості активованого вугілля з нанесеними
кислотними центрами: дис. …кандидата хім. наук:
02.00.04. Київський національний університет імені
Тараса Шевченка. К., 2007.
20. Bansal R.C., Donnet J-B., Stoeckli F. Active carbon.
New York. Basel: Marcel Dekker. 1988.
21. Puri B. R. Surface Complexes on Carbons. Chemistry
and Physics of Carbon. New York. Marcel Dekker. 1970.
22. Грищенко Л.Н., Безуглая Т.Н., Вакалюк А.В.,
Радкевич В.З., Мошковская Н.М., Ищенко Е.В. Функ-
ционализация поверхностного слоя углеродного волок-
на бром- и серосодержащими группами. Укр. хим.
журн, 2016. (3). 49–54.
23. Грищенко Л., Вакалюк А., Беда А., Диюк В., Ми-
счанчук А., Радкевич В. Модифицирование углеродного
волокна Cl-, Br- и S-содержащими функциональными
группами. Весник КНУ им. Тараса Шевченка. Химия.
2017. 1 (53). 51–56.
References
1. Park S.-J. Carbon Fibers. Dordrecht. Springer. 2015.
(англ.).
2. Li D., Ma X. Preparation and characterization of acti-
vated carbon fibers from liquefied wood. Cellulos. 2013. 20
(4). 1649–1656. (англ.).
3. Hu S., Jiang F., Hsieh Y.-L. 1D Lignin-based solid
acid catalysts for cellulose hydrolysis to glucose and nanocel-
lulose. ACS Sustainable Chem. Eng. 2015. 3 (10). 2566–
2574. (англ.).
4. Li Q., Chen S., Zhuang L., Xu X., Li H. Preparation of
a sulfonated activated carbon fiber catalyst with c-irradiation-
induced grafting method. J. Mater. Res. 2012. (27). 3083–
3089. (англ.).
5. Russo P.A., Antunes M.M., Neves P., Wiper P.V.,
Fazio E., Neri F., Barreca F., Mafra L., Pillinger M., Pinna
N., Valente A.A. Solid acids with SO3H groups and tunable
surface properties: versatile catalysts for biomass conversion.
J. Mater. Chem. A. 2014. 2 (30), 11813–11824. (англ.).
6. Garg B., Bisht T., Ling Y.-C. Graphene-based nano-
materials as heterogeneous acid catalysts: a comprehensive
perspective. Molecules. 2014. 19 (9). 14582–14614. (англ.).
7. Luque R., Balu A.M. Producing fuels and fine chemi-
cals from biomass using nanomaterials. Boca Raton. CRC.
2013. (англ.).
8. Knaggs E.A., Nepras M.J. Othmer K. Encyclopedia of
Chemical Technology. Hoboken. Wiley. 2014. 1–52. (англ.).
9. Kang S., Ye J., Chang J. Recent advances in carbon-
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
39
based sulfonated catalyst: preparation and application. Int.
Rev. Chem. Eng. 2013. (5). 133–143. (англ.).
10. Dawodu F.A., Ayodele O.O., Xin J., Zhang S. Appli-
cation of solid acid catalyst derived from low value biomass
for a cheaper biodiesel production. J. Chem. Technol. Bio-
technol. 2014. (89). 1898–1909. (англ.).
11. Russo P.A., Antunes M.M., Neves P., Wiper P.V.,
Fazio E., Neri F., Barreca F., Mafra L., Pillinger M., Pinna
N., Valente A.A. Solid acids with SO3H groups and tunable
surface properties: versatile catalysts for biomass conversion.
Green. Chem. 2014. (16). 4292–4305. (англ.).
12. Pang Q., Wang L.Q., Yang H., Jia L.S., Pan X.W.,
Qiu C.C. Cellulose-derived carbon bearing –Cl and –SO3H
groups as a highly selective catalyst for the hydrolysis of cel-
lulose to glucose. RSC Adv. 2014. (4). 41212–41218. (англ.).
13. Cremlyn R.J.W. Chlorosulfonic acid: a versatile re-
agent. Cambridge. RSC. 2002. (англ.).
14. Diyuk V.E., Zaderko A.N., Grishchenko L.M., Yat-
symyrskiy A.V., Lisnyak V.V. Efficient carbon-based acid
catalysts for the propan-2-ol dehydration. Catal. Commun.
2012. (27). 33–37. (англ.).
15. Poljanskij N.G. Kataliz ionitami. Moskva. Himija.
1974. [Polyansky N.G., Catalysis by ion exchangers, Mos-
cow, Chemistry, 1974.]. (рос.).
16. Nikol'skij B.P., Romankov P.G. Ionity v himicheskoj
tehnologii. Leningrad. Himija. 1982. [Nikolsky B.P.,
Romankov P.G., Ion exchangers in chemical technology,
Leningrad, Chemistry, 1982.]. (рос.).
17. Vasil'ev A.A. Sintez polimernyh nerastvorimyh
sul'fokislot. Leningrad. Nauka. 1971. [Vasiliev A.A., Synthe-
sis of polymeric insoluble sulfonic acids, Leningrad, Nauka,
1971]. (рос.).
18. Grishchenko L.M., Bezugla T.M., Vakaliuk A.V.,
Radkevich V.Z., Byeda O.A., Diyuk V.E. Functionalization
of carbon fibres with S-containing groups. Catalysis and
petrochemistry. 2015. (24). С.38–40. (англ.).
19. Grіshhenko L.M. Syntez, adsorbcijni ta katalitychni
vlastyvosti aktyvovanogo vugillja z nanesenymy kyslotnymy
centramy: dys. …kandydata him.nauk: 02.00.04. Kyi'vs'kyj
nacional'nyj universytet imeni Tarasa Shevchenka. K.,
2007. [Grishchenko L.M. Synthesis, adsorption and cata-
lytic properties of activated carbon modified with acidic
centers: diss. ... candidate chemical science: 02.00.04. Kyiv
National Taras Shevchenko University. K., 2007]. (укр.)
20. Bansal R.C., Donnet J-B., Stoeckli F. Active carbon.
New York. Basel: Marcel Dekker. 1988. (англ.).
21. Puri B. R. Surface Complexes on Carbons. Chemistry
and Physics of Carbon. New York. Marcel Dekker. 1970.
(англ.).
22. Grishhenko L.N., Bezuglaja T.N., Vakaljuk A.V.,
Radkevich V.Z., Moshkovskaja N.M., Ishhenko E.V. Funk-
cionalizacija poverhnostnogo sloja uglerodnogo volokna
brom- i serosoderzhashhimi gruppami. Ukr. him. zhurn,
2016. (3). 49–54. [Grishchenko L.M., Bezugla T.M.,
Vakaliuk A.V., Radkevich V.Z., Moshkivska N.M.,
Ishchenko O.V. Ukr. Chem. J. 2016. (3). 49–54]. (рос.).
23. Grishhenko L., Vakaljuk A., Beda A., Dijuk V., Mis-
chanchuk A., Radkevich V. Modificirovanie uglerodnogo
volokna Cl-, Br- i S-soderzhashhimi funkcional'nymi grup-
pami. Vesnik KNU im. Tarasa Shevchenka. Himija. 2017.
1(53). 51–56. [Grishchenko L., Vakaliuk A., Byeda. O., Di-
yuk V., Mischanchuk O., Radkevich V., Bulletin of KNU
Taras Shevchenko. Chemistry. 2017. 1 (53). 51–56]. (рос.).
Надійшла до редакції 06.09.2018
Катализ и нефтехимия, 2018, № 27
40
Синтез, термодесорбционные и каталитические свойства
серосодержащего углеродного волокна
Л.Н. Грищенко1, Т.Н. Безуглая1, А.В. Вакалюк1, А.В. Мисчанчук2, В.Е. Диюк1
1Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко,
Украина, 01601 Киев, ул. Владимирская, 62а, тел.: 239-34-38;
2Институт химии поверхности имени А.А. Чуйко НАН Украины,
Украина, 03164 Киев, ул. Генерала Наумова 17
Проведено модифицирование поверхности углеродного волокна, изготовленного из вискозы,
парами серы в температурном интервале 400–800 °С с последующим окислением получен-
ных материалов пероксидом водорода, в результате чего получены образцы углеродного во-
локна, содержащие на поверхности серосодержащие кислотные группы. Синтезированные
образцы были исследованы в модельной реакции – газофазной дегидратации изопропанола с
образованием пропилена. Показано, что полученные материалы характеризуются значитель-
ной термической устойчивостью и имеют высокую каталитическую активность – полное
превращение изопропанола в пропилен наблюдается при температуре 140–180 °С.
Ключевые слова: углеродные волокна, модифицирование поверхности, сульфогруппы, де-
гидратация изопропанола
Synthesis, thermodesorption and catalytic properties
of sulfur-containing carbon fiber
L.M. Grishchenko1, T.M. Bezugla1, A.V. Vakaliuk1, V.E. Diyuk1, O.V. Mischanchuk2
1Taras Shevchenko National University of Kyiv,
62а, Volodymyrska Str., Kyiv 01601, Ukraine, Tel: (044) 239-34-38;
2Chuiko Institute of Surface Chemistry, NAS of Ukraine,
17, General Naumov Str., Kyiv 03680, Ukraine, Tel: (044) 424-11-35
The surface of a carbon fiber made of viscose has been modified with sulfur vapors in the
temperature range of 400–800 °C with further oxidation of the obtained materials with
hydrogen peroxide, as a result of which carbon fiber samples containing sulfur-containing
acid groups on the surface have been synthesized. The samples have been investigated in
a model reaction – gas-phase dehydration of isopropanol with the formation of propylene.
It has been shown that the materials obtained have considerable thermal stability and high
catalytic activity – the complete conversion of isopropanol to propylene is observed at a
temperature of 140–180°C.
Keywords: carbon fibers, surface modification, sulfogroups, dehydration of isopropanol
|
| id | oai:katalizorgua:article-53 |
| institution | Catalysis and petrochemistry |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-03-12T15:50:04Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | katalizorgua/9b/745576d8125f18bc22723cc83887149b.pdf |
| spelling | oai:katalizorgua:article-532021-11-27T20:45:53Z Синтез, термодесорбційні та каталітичні властивості сірковмісного вуглецевого волокна Synthesis, thermodesorption and catalytic properties of sulfur-containing carbon fiber Grishchenko, L.M. Bezugla, T.M. Vakaliuk, A.V. Mischanchuk, O.V. Diyuk, V.E. carbon fibers, surface modification, sulfogroups, dehydration of isopropanol вуглецеві волокна, модифікування поверхні, сульфогрупи, дегідратація ізопропанолу Проведено модифікування поверхні вуглецевого волокна, виготовленого з віскози, парами сірки в температурному інтервалі 400–800 °С з подальшим окисненням отриманих матеріалів пероксидом водню, в результаті чого отримано зразки вуглецевого волокна, що містять на поверхні сірковмісні кислотні групи. Синтезовані зразки були досліджені в модельній реакції – газофазній дегідратації ізопропанолу з утворенням пропілену. Показано, що одержані матеріали характеризуються значною термічною стійкістю та мають високу каталітичну активність – повне перетворення ізопропанолу в пропілен спостерігається при температурі 140–180 °С. The surface of a carbon fiber made of viscose has been modified with sulfur vapors in the temperature range of 400–800 °C with further oxidation of the obtained materials with hydrogen peroxide, as a result of which carbon fiber samples containing sulfur-containing acid groups on the surface have been synthesized. The samples have been investigated in a model reaction – gas-phase dehydration of isopropanol with the formation of propylene. It has been shown that the materials obtained have considerable thermal stability and high catalytic activity – the complete conversion of isopropanol to propylene is observed at a temperature of 140–180°C. V.P. Kukhar Institute of Bioorganic Chemistry and Petrochemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine 2018-11-10 Article Article application/pdf https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/53 Catalysis and petrochemistry; No. 27 (2018): Catalysis and petrochemistry; 34-40 Каталіз та нафтохімія; № 27 (2018): Каталіз та нафтохімія; 34-40 2707-5796 2412-4176 uk https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/53/43 |
| spellingShingle | вуглецеві волокна модифікування поверхні сульфогрупи дегідратація ізопропанолу Grishchenko, L.M. Bezugla, T.M. Vakaliuk, A.V. Mischanchuk, O.V. Diyuk, V.E. Синтез, термодесорбційні та каталітичні властивості сірковмісного вуглецевого волокна |
| title | Синтез, термодесорбційні та каталітичні властивості сірковмісного вуглецевого волокна |
| title_alt | Synthesis, thermodesorption and catalytic properties of sulfur-containing carbon fiber |
| title_full | Синтез, термодесорбційні та каталітичні властивості сірковмісного вуглецевого волокна |
| title_fullStr | Синтез, термодесорбційні та каталітичні властивості сірковмісного вуглецевого волокна |
| title_full_unstemmed | Синтез, термодесорбційні та каталітичні властивості сірковмісного вуглецевого волокна |
| title_short | Синтез, термодесорбційні та каталітичні властивості сірковмісного вуглецевого волокна |
| title_sort | синтез, термодесорбційні та каталітичні властивості сірковмісного вуглецевого волокна |
| topic | вуглецеві волокна модифікування поверхні сульфогрупи дегідратація ізопропанолу |
| topic_facet | carbon fibers surface modification sulfogroups dehydration of isopropanol вуглецеві волокна модифікування поверхні сульфогрупи дегідратація ізопропанолу |
| url | https://kataliz.org.ua/index.php/journal/article/view/53 |
| work_keys_str_mv | AT grishchenkolm sinteztermodesorbcíjnítakatalítičnívlastivostísírkovmísnogovuglecevogovolokna AT bezuglatm sinteztermodesorbcíjnítakatalítičnívlastivostísírkovmísnogovuglecevogovolokna AT vakaliukav sinteztermodesorbcíjnítakatalítičnívlastivostísírkovmísnogovuglecevogovolokna AT mischanchukov sinteztermodesorbcíjnítakatalítičnívlastivostísírkovmísnogovuglecevogovolokna AT diyukve sinteztermodesorbcíjnítakatalítičnívlastivostísírkovmísnogovuglecevogovolokna AT grishchenkolm synthesisthermodesorptionandcatalyticpropertiesofsulfurcontainingcarbonfiber AT bezuglatm synthesisthermodesorptionandcatalyticpropertiesofsulfurcontainingcarbonfiber AT vakaliukav synthesisthermodesorptionandcatalyticpropertiesofsulfurcontainingcarbonfiber AT mischanchukov synthesisthermodesorptionandcatalyticpropertiesofsulfurcontainingcarbonfiber AT diyukve synthesisthermodesorptionandcatalyticpropertiesofsulfurcontainingcarbonfiber |