Каталітичне розкладання органічних пероксидів в неводному середовищі нанопоруватими та нанорозмірними вуглецевими матеріалами
The aim of this study is to investigate the catalytic system “Carbon nanomaterial-diacyl peroxide molecule-non-aqueous medium” and determine main factors that influence on carbon catalyst’s effectiveness. The catalytic activity of nanoporous (activated carbon (AC)) and nanosized (multiwalled carbon...
Gespeichert in:
| Datum: | 2018 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2018
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/474 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543902433017856 |
|---|---|
| author | Voitko, K. V. Bakalinska, O. M. Kartel, M. T. |
| author_facet | Voitko, K. V. Bakalinska, O. M. Kartel, M. T. |
| author_sort | Voitko, K. V. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-06-29T10:04:00Z |
| description | The aim of this study is to investigate the catalytic system “Carbon nanomaterial-diacyl peroxide molecule-non-aqueous medium” and determine main factors that influence on carbon catalyst’s effectiveness. The catalytic activity of nanoporous (activated carbon (AC)) and nanosized (multiwalled carbon nanotubes (CNT)) carbon catalysts and their modified forms were investigated in the decomposition of benzoyl and lauroyl peroxides (BP and LP respectively) at room temperature in non-aqueous media by measuring the volume of released CO2. As the decomposition of BP and LP strongly depends on the solvent, the selection of “inert” one was based on preliminary results. Ethyl acetate and tetrachloromethane were used for BPD and LPD, respectively. Among factors that determined the catalytic performance of investigated samples their structural-sorption properties, surface chemistry and diffusion limitation have been considered. It was established that in spite of the high surface area of AC they show moderate catalytic activity comparing to CNT because of internal diffusion limitation. As a consequence, their activity is determined by the textural characteristic of carbon matrices. Catalytic performance of the CNT samples exceeds of AC in 2–20 times. Based on the calculated diffusion coefficients it was concluded that catalysis by CNT is carried out in the kinetic region on their accessible surface. Such catalytically active surface has a lot of N-containing functional groups as well as basic O-containing ones, therefore it shows better activity towards organic peroxides. Moreover, CNT’s surface is more hydrophobic that is promoting the reaction proceeding in non-aqueous media. The decomposition rate of steric BP is lower compared to the long chain of LP (in both cases of AC and CNT). Based on this finding, it could be predicted that mesoporous CNT with high content basic functionalities and good surface accessibility should be the excellent catalyst for diacyl peroxides decomposition in organic solvents. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:33:22Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-474 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-17T12:07:55Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-4742022-06-29T10:04:00Z Catalytic decomposition of organic peroxides in non-aqueous media under metal-free nanoporous and nanosized carbocatalysts Каталитическое разложение органических пероксидов в неводных средах нанопористыми и наноразмерными углеродными катализаторами Каталітичне розкладання органічних пероксидів в неводному середовищі нанопоруватими та нанорозмірними вуглецевими матеріалами Voitko, K. V. Bakalinska, O. M. Kartel, M. T. activated carbon CNT benzoyl peroxide lauroyl peroxide diffusion structural-sorption properties surface chemistry активированный уголь углеродные нанотрубки бензоил пероксид лаурил пероксид диффузия структурно-сорбционные характеристики химия поверхности ативоване вугілля вуглецеві нанотрубки бензоїл пероксид лаурил пероксид дифузія структурно-сорбційні характеристики хімія поверхні The aim of this study is to investigate the catalytic system “Carbon nanomaterial-diacyl peroxide molecule-non-aqueous medium” and determine main factors that influence on carbon catalyst’s effectiveness. The catalytic activity of nanoporous (activated carbon (AC)) and nanosized (multiwalled carbon nanotubes (CNT)) carbon catalysts and their modified forms were investigated in the decomposition of benzoyl and lauroyl peroxides (BP and LP respectively) at room temperature in non-aqueous media by measuring the volume of released CO2. As the decomposition of BP and LP strongly depends on the solvent, the selection of “inert” one was based on preliminary results. Ethyl acetate and tetrachloromethane were used for BPD and LPD, respectively. Among factors that determined the catalytic performance of investigated samples their structural-sorption properties, surface chemistry and diffusion limitation have been considered. It was established that in spite of the high surface area of AC they show moderate catalytic activity comparing to CNT because of internal diffusion limitation. As a consequence, their activity is determined by the textural characteristic of carbon matrices. Catalytic performance of the CNT samples exceeds of AC in 2–20 times. Based on the calculated diffusion coefficients it was concluded that catalysis by CNT is carried out in the kinetic region on their accessible surface. Such catalytically active surface has a lot of N-containing functional groups as well as basic O-containing ones, therefore it shows better activity towards organic peroxides. Moreover, CNT’s surface is more hydrophobic that is promoting the reaction proceeding in non-aqueous media. The decomposition rate of steric BP is lower compared to the long chain of LP (in both cases of AC and CNT). Based on this finding, it could be predicted that mesoporous CNT with high content basic functionalities and good surface accessibility should be the excellent catalyst for diacyl peroxides decomposition in organic solvents. Цель работы – исследование каталитической системы “Углеродный наноматериал – молекулы диацил пероксида в неводной середе” и определение основных факторов, которые влияют на каталитическую активность выбранных материалов. Изучена каталитическая активность нанопористых (активированного угля (АУ)) и наноразмерных (многослойных углеродных нанотрубок (УНТ)) углеродных катализаторов и их модифицированных форм в реакции разложения пероксидов бензоила и лаурила (ПБ и ПЛ соответственно) при комнатной температуре в неводной среде измерением объема выделившегося CO2. Поскольку разложение пероксидов зависит от растворителя, выбор «инертного» осуществлен по результатам предварительных исследований. Этилацетат и тетрахлорметан использовали для ПБ и ПЛ, соответственно. Среди факторов, определяющих каталитическую эффективность исследуемых образцов, были рассмотрены их структурно-сорбционные свойства, химия поверхности и диффузионные параметры проведения реакций. Установлено, что несмотря на высокую площадь поверхности, АУ демонстрируют умеренную каталитическую активность по сравнению с УНТ, поскольку реакция проходит во внутридиффузионной области. Как следствие, их активность определяется текстурными характеристиками углеродной матрицы. Каталитическая активность образцов УНТ превосходит активность АУ в 2–20 раз. Основываясь на рассчитанных коэффициентах диффузии, был сделан вывод, что катализ образцами УНТ проходит в кинетической области на доступной поверхности образцов. Такая каталитически активная поверхность содержит много N-содержащих и основных О-содержащих функциональных групп, поэтому демонстрирует лучшую каталитическую активность в отношении разложения органических пероксидов. Кроме того, поверхность УНТ является более гидрофобной, что способствует реакции, которая проходит в неводных средах. Следует отметить, что скорость разложения стерического ПБ ниже, чем длинноцепочечного ПЛ, как в случае ускорения образцами АУ, так и УНТ. На основе проведенных исследований можно предположить, что мезопористые УНТ с высоким содержанием основных функциональных групп, находящихся на доступной для субстрата поверхности, могут быть хорошей альтернативой распространенным катализаторам разложения органических пероксидов в неводных средах. Метою роботи є дослідження каталітичної системи “Вуглецевий наноматеріал – молекули діацил пероксиду у неводному середовищі” та встановлення основних факторів, що впливають на каталітичну активність обраних матеріалів. Досліджено каталітичну активність нанопоруватих (активованого вугілля (AВ)) та нанорозмірних (багатошарових вуглецевих нанотрубок (ВНТ)) вуглецевих каталізаторів та їхніх модифікованих форм в реакції розкладання пероксидів бензоїлу та лаурилу (ПБ та ПЛ відповідно) при кімнатній температурі у неводному середовищі шляхом вимірювання об’єму CO2, що виділяється. Оскільки розкладання пероксидів залежить від розчинника, вибір «інертного» зроблено за результатами попередніх досліджень. Етилацетат та тетрахлорметан було використано для ПБ та ПЛ, відповідно. Серед факторів, що визначають каталітичну ефективність досліджуваних зразків були розглянуті їхні структурно-сорбційні властивості, хімія поверхні та дифузійні параметри перебігу реакцій. Встановлено, що незважаючи на високу площу поверхні, зразки АВ виявляють помірну каталітичну активність у порівнянні з ВНТ, оскільки реакція проходить у внутрішньодифузійній області. Як наслідок, їхня активність визначається текстурними характеристиками вуглецевої матриці. Каталітична активність зразків ВНТ перевищує активність АВ в 2–20 разів. Ґрунтуючись на розрахованих коефіцієнтах дифузії, було зроблено висновок, що каталіз зразками ВНТ проходить в кінетичній області на доступній поверхні зразків. Така каталітично активна поверхня містить багато N-вмісних та основних О-вмісних функціональних груп, тому демонструє кращу каталітичну активність щодо розкладання органічних пероксидів. Крім того, поверхня ВНТ більш гідрофобна, що сприяє реакції, яка проходить у неводних середовищах. Слід зазначити, що швидкість розкладання стеричного ПБ нижча, ніж довголанцюгового ПЛ, як у випадку прискорення зразками АВ, так і ВНТ. На основі проведених досліджень можна передбачити, що мезопоруваті ВНТ з високим вмістом основних функціональних груп, що знаходяться на доступній для субстрату поверхні, можуть бути гарною альтернативою поширеним каталізаторам розкладання органічних пероксидів в неводних середовищах. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2018-08-23 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/474 10.15407/hftp09.03.289 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 9 No. 3 (2018): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 289-300 Химия, физика и технология поверхности; Том 9 № 3 (2018): Химия, физика и технология поверхности; 289-300 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 9 № 3 (2018): Хімія, фізика та технологія поверхні; 289-300 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp09.03 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/474/474 Copyright (c) 2018 K. V. Voitko, O. M. Bakalinska, M. T. Kartel |
| spellingShingle | ативоване вугілля вуглецеві нанотрубки бензоїл пероксид лаурил пероксид дифузія структурно-сорбційні характеристики хімія поверхні Voitko, K. V. Bakalinska, O. M. Kartel, M. T. Каталітичне розкладання органічних пероксидів в неводному середовищі нанопоруватими та нанорозмірними вуглецевими матеріалами |
| title | Каталітичне розкладання органічних пероксидів в неводному середовищі нанопоруватими та нанорозмірними вуглецевими матеріалами |
| title_alt | Catalytic decomposition of organic peroxides in non-aqueous media under metal-free nanoporous and nanosized carbocatalysts Каталитическое разложение органических пероксидов в неводных средах нанопористыми и наноразмерными углеродными катализаторами |
| title_full | Каталітичне розкладання органічних пероксидів в неводному середовищі нанопоруватими та нанорозмірними вуглецевими матеріалами |
| title_fullStr | Каталітичне розкладання органічних пероксидів в неводному середовищі нанопоруватими та нанорозмірними вуглецевими матеріалами |
| title_full_unstemmed | Каталітичне розкладання органічних пероксидів в неводному середовищі нанопоруватими та нанорозмірними вуглецевими матеріалами |
| title_short | Каталітичне розкладання органічних пероксидів в неводному середовищі нанопоруватими та нанорозмірними вуглецевими матеріалами |
| title_sort | каталітичне розкладання органічних пероксидів в неводному середовищі нанопоруватими та нанорозмірними вуглецевими матеріалами |
| topic | ативоване вугілля вуглецеві нанотрубки бензоїл пероксид лаурил пероксид дифузія структурно-сорбційні характеристики хімія поверхні |
| topic_facet | activated carbon CNT benzoyl peroxide lauroyl peroxide diffusion structural-sorption properties surface chemistry активированный уголь углеродные нанотрубки бензоил пероксид лаурил пероксид диффузия структурно-сорбционные характеристики химия поверхности ативоване вугілля вуглецеві нанотрубки бензоїл пероксид лаурил пероксид дифузія структурно-сорбційні характеристики хімія поверхні |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/474 |
| work_keys_str_mv | AT voitkokv catalyticdecompositionoforganicperoxidesinnonaqueousmediaundermetalfreenanoporousandnanosizedcarbocatalysts AT bakalinskaom catalyticdecompositionoforganicperoxidesinnonaqueousmediaundermetalfreenanoporousandnanosizedcarbocatalysts AT kartelmt catalyticdecompositionoforganicperoxidesinnonaqueousmediaundermetalfreenanoporousandnanosizedcarbocatalysts AT voitkokv katalitičeskoerazloženieorganičeskihperoksidovvnevodnyhsredahnanoporistymiinanorazmernymiuglerodnymikatalizatorami AT bakalinskaom katalitičeskoerazloženieorganičeskihperoksidovvnevodnyhsredahnanoporistymiinanorazmernymiuglerodnymikatalizatorami AT kartelmt katalitičeskoerazloženieorganičeskihperoksidovvnevodnyhsredahnanoporistymiinanorazmernymiuglerodnymikatalizatorami AT voitkokv katalítičnerozkladannâorganíčnihperoksidívvnevodnomuseredoviŝínanoporuvatimitananorozmírnimivuglecevimimateríalami AT bakalinskaom katalítičnerozkladannâorganíčnihperoksidívvnevodnomuseredoviŝínanoporuvatimitananorozmírnimivuglecevimimateríalami AT kartelmt katalítičnerozkladannâorganíčnihperoksidívvnevodnomuseredoviŝínanoporuvatimitananorozmírnimivuglecevimimateríalami |