Модифікований силікагель і катіоніт на основі активованого вугілля для розділення фуллеренів
Fullerenes are interesting objects of research in view of their promising use as a nano-sized additive to coatings, films, adsorbents, as well as active components in medicine, pharmacy, cosmetology. This paper considers the possibility of modifying commercial adsorbents - silica gel and cation-exch...
Gespeichert in:
| Datum: | 2024 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/721 |
| 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| id |
oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-721 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-06-19T09:45:21Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
фуллерени С60 С70 розділення силікагель активоване вугілля бегентримоніум хлорид цетиловий спирт |
| spellingShingle |
фуллерени С60 С70 розділення силікагель активоване вугілля бегентримоніум хлорид цетиловий спирт Diamant, V. A. Rozhdestvenska, L. M. Kudelko, K. O. Модифікований силікагель і катіоніт на основі активованого вугілля для розділення фуллеренів |
| topic_facet |
fullerenes С60 С70 separation silica gel activated carbon behentrimonium chloride cetyl alcohol фуллерени С60 С70 розділення силікагель активоване вугілля бегентримоніум хлорид цетиловий спирт |
| format |
Article |
| author |
Diamant, V. A. Rozhdestvenska, L. M. Kudelko, K. O. |
| author_facet |
Diamant, V. A. Rozhdestvenska, L. M. Kudelko, K. O. |
| author_sort |
Diamant, V. A. |
| title |
Модифікований силікагель і катіоніт на основі активованого вугілля для розділення фуллеренів |
| title_short |
Модифікований силікагель і катіоніт на основі активованого вугілля для розділення фуллеренів |
| title_full |
Модифікований силікагель і катіоніт на основі активованого вугілля для розділення фуллеренів |
| title_fullStr |
Модифікований силікагель і катіоніт на основі активованого вугілля для розділення фуллеренів |
| title_full_unstemmed |
Модифікований силікагель і катіоніт на основі активованого вугілля для розділення фуллеренів |
| title_sort |
модифікований силікагель і катіоніт на основі активованого вугілля для розділення фуллеренів |
| title_alt |
Modified silica gel and cation-exchanger based on activated carbon for fullerenes separation |
| description |
Fullerenes are interesting objects of research in view of their promising use as a nano-sized additive to coatings, films, adsorbents, as well as active components in medicine, pharmacy, cosmetology. This paper considers the possibility of modifying commercial adsorbents - silica gel and cation-exchanger based on activated carbon with available and inexpensive linear carbon radicals. Behentrimonium chloride (C22H45(CH3)3N+Cl-) and cetyl alcohol (C16H33OН) were chosen as the latter. The obtained adsorbents were compared with a commercial sample of silica gel modified with a linear hydrocarbon radical –C18Н37. The adsorbents were described by the methods of IR spectroscopy, thermogravimetry, the main characteristics of the porous structure were determined by the method of low-temperature adsorption-desorption of nitrogen. Modification of adsorbents based on silica gel leads to a decrease in the specific surface area to 202.4 and 236.5 m2/g and the total pore volume to 0.32 and 0.39 cm3/g, which is almost 2 half source material. Increasing the fraction of micropores contributes to better separation rates of large molecules. Treatment of cation-exchanger based on activated carbon by cation modifier leads to a significant decrease in the specific surface area, as well as to an increase in the size of pores with the predominant formation of mesopores.It is shown that the modification of silica gel is carried out both through silanol and siloxane groups, in contrast to the commercial sample of silica gel. The approximate number of modifier groups on the surface of the original SiO2 matrix was estimated, which is one modifier group ~ per 11 SiO2 molecules.To study the behavior of adsorption of C60, C70 fullerenes and their mixtures on adsorbents, column experiments were carried out with changes in the geometrical parameters of the column and the initial concentrations of the solutions. The results showed that the modified silica gels are potential adsorbents for the separation of a mixture of fullerenes with a ratio of 65/25. Silica gel modified with cetyl alcohol C16H33OH showed the best separation efficiency. By the help of an adsorbent, it is possible to separate C60 - 90.52 % from a less concentrated solution and 87.26 % from a more concentrated solution. To increase the purity of the product, it is necessary to pass the solution through the sorbent 2–3 times.The competitive capability of the proposed modified silica gels, together with economic efficiency, ease of modification, and the possibility of fullerene separation characterize the proposed adsorbents as potential materials for practical application. Due to the significantly lower cost and simpler manufacturing methods, the proposed adsorbents can be used for separation at a large scale. |
| publisher |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| publishDate |
2024 |
| url |
https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/721 |
| work_keys_str_mv |
AT diamantva modifiedsilicagelandcationexchangerbasedonactivatedcarbonforfullerenesseparation AT rozhdestvenskalm modifiedsilicagelandcationexchangerbasedonactivatedcarbonforfullerenesseparation AT kudelkoko modifiedsilicagelandcationexchangerbasedonactivatedcarbonforfullerenesseparation AT diamantva modifíkovanijsilíkagelʹíkatíonítnaosnovíaktivovanogovugíllâdlârozdílennâfullerenív AT rozhdestvenskalm modifíkovanijsilíkagelʹíkatíonítnaosnovíaktivovanogovugíllâdlârozdílennâfullerenív AT kudelkoko modifíkovanijsilíkagelʹíkatíonítnaosnovíaktivovanogovugíllâdlârozdílennâfullerenív |
| first_indexed |
2025-07-22T19:35:19Z |
| last_indexed |
2025-09-24T17:45:55Z |
| _version_ |
1849658237150822400 |
| spelling |
oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7212025-06-19T09:45:21Z Modified silica gel and cation-exchanger based on activated carbon for fullerenes separation Модифікований силікагель і катіоніт на основі активованого вугілля для розділення фуллеренів Diamant, V. A. Rozhdestvenska, L. M. Kudelko, K. O. fullerenes С60 С70 separation silica gel activated carbon behentrimonium chloride cetyl alcohol фуллерени С60 С70 розділення силікагель активоване вугілля бегентримоніум хлорид цетиловий спирт Fullerenes are interesting objects of research in view of their promising use as a nano-sized additive to coatings, films, adsorbents, as well as active components in medicine, pharmacy, cosmetology. This paper considers the possibility of modifying commercial adsorbents - silica gel and cation-exchanger based on activated carbon with available and inexpensive linear carbon radicals. Behentrimonium chloride (C22H45(CH3)3N+Cl-) and cetyl alcohol (C16H33OН) were chosen as the latter. The obtained adsorbents were compared with a commercial sample of silica gel modified with a linear hydrocarbon radical –C18Н37. The adsorbents were described by the methods of IR spectroscopy, thermogravimetry, the main characteristics of the porous structure were determined by the method of low-temperature adsorption-desorption of nitrogen. Modification of adsorbents based on silica gel leads to a decrease in the specific surface area to 202.4 and 236.5 m2/g and the total pore volume to 0.32 and 0.39 cm3/g, which is almost 2 half source material. Increasing the fraction of micropores contributes to better separation rates of large molecules. Treatment of cation-exchanger based on activated carbon by cation modifier leads to a significant decrease in the specific surface area, as well as to an increase in the size of pores with the predominant formation of mesopores.It is shown that the modification of silica gel is carried out both through silanol and siloxane groups, in contrast to the commercial sample of silica gel. The approximate number of modifier groups on the surface of the original SiO2 matrix was estimated, which is one modifier group ~ per 11 SiO2 molecules.To study the behavior of adsorption of C60, C70 fullerenes and their mixtures on adsorbents, column experiments were carried out with changes in the geometrical parameters of the column and the initial concentrations of the solutions. The results showed that the modified silica gels are potential adsorbents for the separation of a mixture of fullerenes with a ratio of 65/25. Silica gel modified with cetyl alcohol C16H33OH showed the best separation efficiency. By the help of an adsorbent, it is possible to separate C60 - 90.52 % from a less concentrated solution and 87.26 % from a more concentrated solution. To increase the purity of the product, it is necessary to pass the solution through the sorbent 2–3 times.The competitive capability of the proposed modified silica gels, together with economic efficiency, ease of modification, and the possibility of fullerene separation characterize the proposed adsorbents as potential materials for practical application. Due to the significantly lower cost and simpler manufacturing methods, the proposed adsorbents can be used for separation at a large scale. Фуллерени є цікавими об’єктами досліджень з огляду їхнього перспективного використання як нанорозмірної добавки до покриттів, плівок, адсорбентів, а також до активних компонентів в медицині, фармації, косметології. У цій роботі проведено модифікування комерційних адсорбентів - силікагелю та катіонообмінного сорбента на основі активованого вугілля доступними та недорогими лінійними вуглецевими радикалами. Як останні обрано бегентримоніум хлорид (C22H45(CH3)3N+Cl-) та цетиловий спирт (C16H33OН). Отримані адсорбенти порівнювали з комерційним зразком силікагелю, який модифіковано лінійним вуглеводневим радикалом –C18Н37. Адсорбенти охарактеризовано методами ІЧ спектроскопії, термогравіметрії, основні характеристики пористої структури визначені методом низькотемпературної адсорбції-десорбції азоту. Модифікування адсорбентів на основі силікагелю призводить до зниження питомої площі поверхні до 202.4 та 236.5 м2/г та загального об’єму пор до 0.32 та 0.39 см3/г, що практично в 2 рази менше вихідного матеріалу. Збільшення долі мікропор сприяє кращим показникам розділення великих молекул. Модифікування катіонообмінного сорбента на основі активованого вугілля великим за розміром катіоном призводить до суттєвого зниження питомої площі поверхні, а також збільшення розміру пор з переважним утворенням мезопор.Показано, що модифікування силікагелю здійснюється як через силанольні, так і через силоксанові групи, на відміну від комерційного зразку силікагелю. Оцінено наближена кількість груп модифікатора на поверхні вихідної матриці SiO2 , яка складає 1 група модифікатора ~ на 11 молекул SiO2.Для вивчення поведінки адсорбції фуллеренів С60, С70 та їхніх сумішей на адсорбентах були проведені експерименти в колонках зі змінними геометричними параметрами та вихідних концентрацій розчинів. Результати показали, що модифіковані силікагелі є адсорбентами для розділення суміші фуллеренів зі співвідношенням 65/35. Найкращу роздільну ефективність показав силікагель модифікований цетиловим спиртом С16Н33ОН. За допомогою адсорбента можливе розділення С60 – 90.52 % з менш концентрованого розчину та 87.26 % з більш концентрованого розчину. Для підвищення чистоти продукту необхідно пропускання розчину через сорбент 2–3 рази.Конкурентна спроможність запропонованих модифікованих силікагелей, разом з економічною ефективністю, простотою модифікування, та можливістю розділення фуллеренів характеризують ці адсорбенти як матеріали для практичного застосування. Зважаючи на значно меншу собівартість та простіші методики виготовлення, запропоновані адсорбенти можуть бути застосовані для розділення у промислових масштабах. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2024-05-31 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/721 10.15407/hftp15.02.200 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 15 No. 2 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 200-211 Химия, физика и технология поверхности; Том 15 № 2 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 200-211 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 15 № 2 (2024): Хімія, фізика та технологія поверхні; 200-211 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp15.02 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/721/737 Copyright (c) 2024 V. A. Diamant, L. M. Rozhdestvenska, K. O. Kudelko |