Дослідження адсорбційної здатності вуглецевих матеріалів, одержаних з різної рослинної сировини
The aim of the work was to investigate the possibilities of obtaining activated carbon materials (AC) with controlled nanoporosity dependent on the raw materials used by involving an innovative method of its production and confirming the effect of reducing the density of the liquid under the action...
Gespeichert in:
| Datum: | 2024 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| 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/737 |
| 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_ | 1856543960369987584 |
|---|---|
| author | Efremov, O. O. Kusturov, V. V. Loginova, O. B. Diyuk, V. E. Starik, S. P. |
| author_facet | Efremov, O. O. Kusturov, V. V. Loginova, O. B. Diyuk, V. E. Starik, S. P. |
| author_sort | Efremov, O. O. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-06-19T09:41:45Z |
| description | The aim of the work was to investigate the possibilities of obtaining activated carbon materials (AC) with controlled nanoporosity dependent on the raw materials used by involving an innovative method of its production and confirming the effect of reducing the density of the liquid under the action of the adsorption potential of the pore walls by means of modeling by the Boltzmann lattice method within the framework of a two-dimensional model.The results of the study showed that depending on the raw material used (chips of various hardwood species) and the method of its primary processing (involving an innovative method of its production, shear deformation, in particular), it is possible to obtain AB with a different ratio of micro- and mesopores, from almost completely microporous samples to samples with developed mesoporosity. It is shown that during carbonization, the organic matter that blocked the pores of the tubular structure is removed, forming open holes. Data infrared (IR) Fourier spectroscopy confirm that the formed surface of the micro-mesoporous sorbent must actively interact with polar and non-polar adsorbates with the help of surface functional groups, which corresponds to the results obtained in the work on the structural and sorption parameters of AB.The liquid density distribution along the pore axis of the mesoporous matrix was calculated by modeling using the Boltzmann lattice method, dependent on the initial wetting angle and capillary size. It is shown that in nanopores of small size (10 nm) the density of the liquid phase gradually decreases and at a certain depth of the pore its jump-like drop occurs, which reflects the presence of a phase transition to intense vaporization. So, the mechanism of purification of aqueous solutions from harmful impurities by nano-sized pores due to the effect of reducing the density of the liquid under the action of the adsorption potential of the pore walls has been confirmed.The micro-mesoporous AB obtained in the work can be used for the production of a wide range of matrix and composite materials with controlled nanoporosity. They are promising sorption materials, as they are characterized by lower diffusion complications during adsorption. And the effect of reducing the density of the liquid under the influence of the adsorption potential of the pore walls well explains the possible mechanism of cleaning contaminated aqueous liquids with the help of a mesoporous matrix. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:26Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-737 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-09-24T17:45:56Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7372025-06-19T09:41:45Z A study on the adsorption capacity of carbon materials obtained from different plant raw materials Дослідження адсорбційної здатності вуглецевих матеріалів, одержаних з різної рослинної сировини Efremov, O. O. Kusturov, V. V. Loginova, O. B. Diyuk, V. E. Starik, S. P. activated carbon mesoporous medium adsorption-desorption isotherm hysteresis pore size distribution lattice Boltzmann method modeling активоване вугілля мезопористе середовище ізотерма адсорбції-десорбції гістерезис розподілення пор за розмірами ґратковий метод Больцмана моделювання The aim of the work was to investigate the possibilities of obtaining activated carbon materials (AC) with controlled nanoporosity dependent on the raw materials used by involving an innovative method of its production and confirming the effect of reducing the density of the liquid under the action of the adsorption potential of the pore walls by means of modeling by the Boltzmann lattice method within the framework of a two-dimensional model.The results of the study showed that depending on the raw material used (chips of various hardwood species) and the method of its primary processing (involving an innovative method of its production, shear deformation, in particular), it is possible to obtain AB with a different ratio of micro- and mesopores, from almost completely microporous samples to samples with developed mesoporosity. It is shown that during carbonization, the organic matter that blocked the pores of the tubular structure is removed, forming open holes. Data infrared (IR) Fourier spectroscopy confirm that the formed surface of the micro-mesoporous sorbent must actively interact with polar and non-polar adsorbates with the help of surface functional groups, which corresponds to the results obtained in the work on the structural and sorption parameters of AB.The liquid density distribution along the pore axis of the mesoporous matrix was calculated by modeling using the Boltzmann lattice method, dependent on the initial wetting angle and capillary size. It is shown that in nanopores of small size (10 nm) the density of the liquid phase gradually decreases and at a certain depth of the pore its jump-like drop occurs, which reflects the presence of a phase transition to intense vaporization. So, the mechanism of purification of aqueous solutions from harmful impurities by nano-sized pores due to the effect of reducing the density of the liquid under the action of the adsorption potential of the pore walls has been confirmed.The micro-mesoporous AB obtained in the work can be used for the production of a wide range of matrix and composite materials with controlled nanoporosity. They are promising sorption materials, as they are characterized by lower diffusion complications during adsorption. And the effect of reducing the density of the liquid under the influence of the adsorption potential of the pore walls well explains the possible mechanism of cleaning contaminated aqueous liquids with the help of a mesoporous matrix. Метою роботи було дослідження можливостей отримання активованих вуглецевих матеріалів (АВ) з керованою нанопористістю в залежності від використаної сировини шляхом залучення інноваційного методу їхнього виробництва та підтвердження ефекта зменшення густини рідини під дією адсорбційного потенціалу стінок пори шляхом моделювання методом ґраток Больцмана у рамках двовимірної моделі.Результати дослідження показали, що в залежності від використаної сировини (щепи різних листяних порід деревини) та способу її первинної обробки (залучення інноваційного методу виробництва, зсувної деформації, зокрема) можна одержати АВ з різним співвідношенням мікро- і мезопор, від майже повністю мікропористих зразків до зразків з розвиненою мезопористістю. Показано, що під час карбонізації органічна речовина, яка блокувала пори трубчастої структури, видаляється, утворюючи відкриті отвори. Дані інфрачервоної (ІЧ) Фур’є спектроскопії підтверджують, що сформована поверхня мікро-мезопористого сорбента повинна активно взаємодіяти з полярними та неполярними адсорбатами за допомогою поверхневих функціональних груп, що відповідає отриманим в роботі результатам структурно-сорбційних параметрів АВ.Шляхом моделювання методом ґраток Больцмана розраховано розподіл густини рідини вздовж осі пори мезопористої матриці в залежності від вихідного кута змочування та розміру капіляра. Показано, що в нанопорах малого розміру (10 нм) густина рідкої фази поступово спадає та на деякій глибині пори настає її стрибкоподібне падіння, що відображає наявність фазового переходу до інтенсивного пароутворення. Отже, підтверджено механізм очистки водних розчинів від шкідливих домішок нанорозмірними порами завдяки ефекту зменшення густини рідини під дією адсорбційного потенціалу стінок пори.Отримані в роботі мікро-мезопористі АВ можуть бути використані для виробництва широкого спектра матричних та композиційних матеріалів з керованою нанопористістю. Вони є перспективними сорбційними матеріалами, оскільки характеризуються меншими дифузійними ускладненнями при адсорбції. А ефект зменшення густини рідини під дією адсорбційного потенціалу стінок пори добре пояснює можливий механізм очищення забруднених водних рідин з допомогою мезопористої матриці. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2024-08-31 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/737 10.15407/hftp15.03.390 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 15 No. 3 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 390-402 Химия, физика и технология поверхности; Том 15 № 3 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 390-402 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 15 № 3 (2024): Хімія, фізика та технологія поверхні; 390-402 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp15.03 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/737/753 Copyright (c) 2024 O. O. Efremov, V. V. Kusturov, O. B. Loginova, V. E. Diyuk, S. P. Starik |
| spellingShingle | активоване вугілля мезопористе середовище ізотерма адсорбції-десорбції гістерезис розподілення пор за розмірами ґратковий метод Больцмана моделювання Efremov, O. O. Kusturov, V. V. Loginova, O. B. Diyuk, V. E. Starik, S. P. Дослідження адсорбційної здатності вуглецевих матеріалів, одержаних з різної рослинної сировини |
| title | Дослідження адсорбційної здатності вуглецевих матеріалів, одержаних з різної рослинної сировини |
| title_alt | A study on the adsorption capacity of carbon materials obtained from different plant raw materials |
| title_full | Дослідження адсорбційної здатності вуглецевих матеріалів, одержаних з різної рослинної сировини |
| title_fullStr | Дослідження адсорбційної здатності вуглецевих матеріалів, одержаних з різної рослинної сировини |
| title_full_unstemmed | Дослідження адсорбційної здатності вуглецевих матеріалів, одержаних з різної рослинної сировини |
| title_short | Дослідження адсорбційної здатності вуглецевих матеріалів, одержаних з різної рослинної сировини |
| title_sort | дослідження адсорбційної здатності вуглецевих матеріалів, одержаних з різної рослинної сировини |
| topic | активоване вугілля мезопористе середовище ізотерма адсорбції-десорбції гістерезис розподілення пор за розмірами ґратковий метод Больцмана моделювання |
| topic_facet | activated carbon mesoporous medium adsorption-desorption isotherm hysteresis pore size distribution lattice Boltzmann method modeling активоване вугілля мезопористе середовище ізотерма адсорбції-десорбції гістерезис розподілення пор за розмірами ґратковий метод Больцмана моделювання |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/737 |
| work_keys_str_mv | AT efremovoo astudyontheadsorptioncapacityofcarbonmaterialsobtainedfromdifferentplantrawmaterials AT kusturovvv astudyontheadsorptioncapacityofcarbonmaterialsobtainedfromdifferentplantrawmaterials AT loginovaob astudyontheadsorptioncapacityofcarbonmaterialsobtainedfromdifferentplantrawmaterials AT diyukve astudyontheadsorptioncapacityofcarbonmaterialsobtainedfromdifferentplantrawmaterials AT stariksp astudyontheadsorptioncapacityofcarbonmaterialsobtainedfromdifferentplantrawmaterials AT efremovoo doslídžennâadsorbcíjnoízdatnostívuglecevihmateríalívoderžanihzríznoíroslinnoísirovini AT kusturovvv doslídžennâadsorbcíjnoízdatnostívuglecevihmateríalívoderžanihzríznoíroslinnoísirovini AT loginovaob doslídžennâadsorbcíjnoízdatnostívuglecevihmateríalívoderžanihzríznoíroslinnoísirovini AT diyukve doslídžennâadsorbcíjnoízdatnostívuglecevihmateríalívoderžanihzríznoíroslinnoísirovini AT stariksp doslídžennâadsorbcíjnoízdatnostívuglecevihmateríalívoderžanihzríznoíroslinnoísirovini AT efremovoo studyontheadsorptioncapacityofcarbonmaterialsobtainedfromdifferentplantrawmaterials AT kusturovvv studyontheadsorptioncapacityofcarbonmaterialsobtainedfromdifferentplantrawmaterials AT loginovaob studyontheadsorptioncapacityofcarbonmaterialsobtainedfromdifferentplantrawmaterials AT diyukve studyontheadsorptioncapacityofcarbonmaterialsobtainedfromdifferentplantrawmaterials AT stariksp studyontheadsorptioncapacityofcarbonmaterialsobtainedfromdifferentplantrawmaterials |