КАТАЛІЗАТОРИ КИСЛОТНО-ОСНОВНИХ ПРОЦЕСІВ НА ОСНОВІ МОДИФІКОВАНОГО ВУГЛЕЦЕВОГО ВОЛОКНА
The functionalization of the carbon fiber based on polyacrylonitrile with sulfur-containing groups of high acidity was carried out in order to obtain the acid-base processes catalysts. Fibers were treated with sulfur vapors in the temperature range of 400-800°C, followed by surface oxidation with 30...
Saved in:
| Date: | 2019 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry
2019
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/64 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Ukrainian Chemistry Journal |
| Download file: |  |
Institution
Ukrainian Chemistry Journal| _version_ | 1871465553217978368 |
|---|---|
| author | Grishchenko, Liudmyla Bezugla, Tetiana Zaderko, Alexander Vakaliuk, Anna Mischanchuk , Oleksandr Novychenko, Natalia Cheremenko , Anastasiia Diyuk, Vitaliy |
| author_facet | Grishchenko, Liudmyla Bezugla, Tetiana Zaderko, Alexander Vakaliuk, Anna Mischanchuk , Oleksandr Novychenko, Natalia Cheremenko , Anastasiia Diyuk, Vitaliy |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Liudmyla Grishchenko",
"institution": "Taras Shevchenko National University of Kyiv"
},
{
"author": "Tetiana Bezugla",
"institution": "Taras Shevchenko National University of Kyiv, 60 Volodymyrska Str., Kyiv, 01601, Ukraine"
},
{
"author": "Alexander Zaderko",
"institution": "Taras Shevchenko National University of Kyiv, Eximed Laboratory, Ltd."
},
{
"author": "Anna Vakaliuk",
"institution": "Taras Shevchenko National University of Kyiv, 60 Volodymyrska Str., Kyiv, 01601, Ukraine"
},
{
"author": "Oleksandr Mischanchuk ",
"institution": "Chuiko Institute of Surface Chemistry, NAS of Ukraine, 17 General Naumov str., Kyiv, 03680, Ukraine"
},
{
"author": "Natalia Novychenko",
"institution": "M. G. Khoilodny Institute of Botany, NAS of Ukraine, 2 Tereshchenkivska str., Kyiv, 01004, Ukraine"
},
{
"author": "Anastasiia Cheremenko ",
"institution": "Taras Shevchenko National University of Kyiv, 60 Volodymyrska Str., Kyiv, 01601, Ukraine"
},
{
"author": "Vitaliy Diyuk",
"institution": "Taras Shevchenko National University of Kyiv, 60 Volodymyrska Str., Kyiv, 01601, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Grishchenko, Liudmyla |
| baseUrl_str | https://ucj.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-22T08:23:40Z |
| description | The functionalization of the carbon fiber based on polyacrylonitrile with sulfur-containing groups of high acidity was carried out in order to obtain the acid-base processes catalysts. Fibers were treated with sulfur vapors in the temperature range of 400-800°C, followed by surface oxidation with 30% hydrogen peroxide solution. Modified samples were investigated by chemical analysis, thermo-programmed desorption with mass spectrometric registration of products, IR spectroscopy and thermogravimetry. It is shown that the obtained materials contain SO3H-functional groups and oxygen-containing groups (carboxyl, lactone, phenolic, etc.) formed in the surface layer during the oxidation of the fiber surface. The chemical analysis showed that the concentration of sulfur in the samples of the modified fiber is 1.6-6.5 mmol/g. The synthesized samples have a satisfactory thermal stability.
The synthesized catalysts were investigated in the model reaction - gas phase dehydration of isopropyl alcohol. It was found that obtained SO3H-containing carbon fibers were catalytically active and had high propylene selectivity. For all the samples obtained there is a complete conversion of alcohol into propylene. The activity of modified carbon fiber samples in the reaction indicated is a fairly high, temperatures of the total conversion of alcohol into propylene are in the range of 160-190°C. During the study of synthesized catalysts in  several cycles of catalysis it have been shown that within repeated use (3 cycles) of all modified fiber samples, the yield of propylene does not decrease, the activity remains stable - the temperature of the dehydration reaction remains unchanged or increases  insignificantly (by 5-10ºС). The temperatures of complete conversion of isopropyl alcohol in propylene for synthesized catalysts are lower than the temperatures of destruction maxima of surface sulfogroups. Thus, modified carbon fibers can be used as low-temperature catalysts of acid-base processes, in particular dehydration of alcohols. |
| doi_str_mv | 10.33609/0041-6045.85.7.2019.38-48 |
| first_indexed | 2025-09-24T17:43:31Z |
| format | Article |
| fulltext |
Фізична хімія
38 ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7
УДК 676.03+621.794+544.47 doi: 10.33609/0041-6045.85.7.2019.38-48
Л.М. Гріщенко1*, Т.М. Безугла1, О.М. Задерко1, А.В. Вакалюк1, О.В. Місчанчук2, Н.С.
Новиченко3, А.А. Череменко1, В.Є. Діюк1
КАТАЛІЗАТОРИ КИСЛОТНО-ОСНОВНИХ ПРОЦЕСІВ
НА ОСНОВІ МОДИФІКОВАНОГО ВУГЛЕЦЕВОГО ВОЛОКНА
1 Київський національний університет імені Тараса Шевченка,вул. Володимирська, 60, Київ,
01601,Україна
2 Інститут хімії поверхні імені О.О.Чуйка НАН України, вул. Генерала Наумова, 17, Київ, 03680,
Україна
3 Інститут ботаніки ім. М.Г.Холодного НАН України, вул. Терещенківська, 2, Київ, 01004 Україна
Для одержання каталізаторів кислотно-основних процесів проведено функціоналізацію
вуглецевого волокна, виготовленого на основі поліакрилонітрилу, сірковмісними групами
високої кислотності. Волокна оброблялись парою сірки в температурному інтервалі 400–800
°С з подальшим окисненням поверхні 30 %-м розчином пероксиду водню. Модифіковані
зразки вивчено методами хімічного аналізу, термопрограмованої десорбції із мас-
спектрометричною реєстрацією продуктів, ІЧ-спектрометрії та термогравіметрії. Показано,
що одержані матеріали містять у поверхневому шарі SO3H-функціональні та кисневмісні
групи (карбоксильні, лактонні, фенольні та ін.), які формуються під час окиснення поверхні
волокон. Синтезовані каталізатори досліджено в модельній реакції – газофазній дегідратації
ізопропілового спирту. Встановлено, що отримані SO3H-вмісні вуглецеві волокна
каталітично активні та характеризуються високою селективністю за пропіленом.
К л ю ч о в і с л о в а: вуглецеві волокна, модифікування поверхні, сульфогрупи,
дегідратація ізопропілового спирту.
ВСТУП. Однією з сучасних проблем
гетерогенного каталізу є розробка та пошук
технологічних умов синтезу високоактивних
каталізаторів промислово важливих процесів,
зокрема ізомеризації вуглеводнів, етерифіка-
ції спиртів, гідратації/дегідратації органічних
сполук та ін. [1, 2] Основною перевагою
використання вуглецевих матеріалів (ВМ)
для виготовлення гетерогенних каталізаторів
кислотно-основних процесів є можливість
цілеспрямованого хімічного модифікування
їх поверхні [3, 4]. Ковалентно зв'язані з
атомами вуглецевої матриці поверхневі
функціональні групи можуть мати різну ки-
слотність, поверхневу концентрацію, а також
знаходитись у неоднакових за морфологією
областях ВМ [5, 6]. У процесах гетероген-
ного каталізу поряд з силою і концентрацією
активних центрів на поверхні каталізатора
надзвичайної ваги набувають адсорбційні
властивості матеріалу, які зумовлюють особ-
ливості процесів адсорбції-десорбції реаген-
тів і продуктів реакції. Активовані вуглецеві
матеріали, які характеризуються великою пи-
томою поверхнею, а також можливістю ва-
ріювання гідрофобно-гідрофільних властиво-
стей при хімічному модифікуванні, мають
суттєві переваги перед іншими адсорбентами
[7–9]. Крім того, вони можуть бути достатньо
легко відокремлені від реакційного середо-
Л.М. Гріщенко, Т.М. Безугла, О.М. Задерко, А.В. Вакалюк, О.В. Місчанчук,
Н.С. Новиченко, А.А. Череменко, В.Є. Діюк, 2019
Каталізатори кислотно-основних процесів на основі модифікованого вуглецевого волокна
ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7 39
вища і утилізовані або, навіть, регенеровані
[10]. Активовані вуглецеві волокна (АВВ)
виробляють з полімерної сировини, природ-
них целюлозних волокон тощо [11–13]. Во-
ни мають високі механічні характеристики та
випускаються в широкому асортименті (ткані
та неткані матеріали, нитки, джгути та ін.),
тобто каталізатори на їх основі можуть бути
виготовлені відповідно до конкретних техно-
логічних умов. При створенні каталізаторів
на основі АВВ модифікування поверхні не-
обхідно проводити в оптимальних умовах,
при яких можливий негативний вплив оброб-
ки матеріалу буде мінімізований. Технологія
синтезу активних каталізаторів з прищепле-
ними кислотними центрами потребує пошуку
таких умов обробки АВВ. Мета роботи —
одержання каталітичних систем з SO3H-гру-
пами, ковалентно зв'язаними з вуглецевою
матрицею та вивчення термодесорбційних
та каталітичних властивостей отриманих
матеріалів.
ЕКСПЕРИМЕНТ І ОБГОВОРЕННЯ
РЕЗУЛЬТАТІВ. Як вихідний матеріал вико-
ристовували промислове вуглецеве волокно
(ВВ) з питомою поверхнею 900 м2/г, виго-
товлене шляхом карбонізації поліакрило-
нітрилу (ПАН) з подальшою активацією
водяною парою (рис. 1).
Рис. 1. Мікрофотографії вихідного волокна.
Функціоналізацію поверхні ВВ сірко-
вмісними групами проводили, обробляючи
вихідне волокно парою сірки в потоці аргону
при температурах 400, 500, 600, 700 і 800 °С
протягом 1 год. Вказані температури засто-
совуються в назвах синтезованих зразків.
Далі зразки швидко охолоджували до кім-
натної температури, не від'єднуючи від лінії
подачі аргону, та окиснювали 30 %-м роз-
чином пероксиду водню. Дана методика оде-
ржання сірковмісних матеріалів відрізняється
від раніше описаної нами [14] тим, що зразки
не витримували в інертній атмосфері при
температурі синтезу протягом 1 год після
обробки парою сірки. Така оптимізація умов
синтезу забезпечила скорочення часу експе-
рименту та зменшення енергетичних витрат
на підтримання високих температур для об-
робки зразків без суттєвого погіршення кін-
цевих характеристик отриманих каталіза-
торів.
Для дослідження термодесорбційних
властивостей вуглецевих волокон викорис-
товували методи термогравіметрії (ТГА) та
термопрограмованої десорбції із мас-
спектрометричною реєстрацією продуктів
(ТПДМС). Температурний інтервал дослі-
дження складав 30–800 °С, швидкість нагріву
— 10 °С/хв. Дослідження зразків методом
ТПДМС проводили у кварцевій кюветі, яку
вакуумували до 10–4 Па для видалення зі
зразків фізично сорбованих речовин. У ро-
боті для вивчення десорбованих частинок
використовували мас-спектрометр МХ7304А
(роздільна здатність — 40000). Перед запи-
сом мас-спектрів та дослідженням методом
ТГА зразки ВВ висушували на повітрі при
температурі 120 ºС до встановлення по-
стійної ваги.
Концентрацію сірки в модифікованих
АВВ зразках визначали за допомогою гра-
віметричного аналізу (за методом Ешка) [15].
ІЧ-спектри модифікованих зразків були
отримані на високоточному ІЧ-(Фур’є)-спек-
трофотометрі IRAffinity-1S в університеті
м. Пряшів (Словаччина). Спектри записували
і розшифровували за допомогою стандарт-
Л.М. Гріщенко, Т.М. Безугла, О.М. Задерк, А.В. Вакалюк, О.В. Місчанчук та інші.
40 ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7
ного пакета програмного забезпечення
LabSolutions IR фірми Shimadzu. Пробопід-
готовку здійснювали наступним чином: зраз-
ки ВВ розтирали у порошок та наносили на
скельце броміду калію. Фон записували від-
носно скельця KBr. Зразки вуглецевих воло-
кон безпосередньо перед вимірами були
прогріті в вакуумній сушильній шафі при
температурі 90 °С. Запис спектрів у рамках
Фур’є-спектроскопії інфрачервоного від-
биття — повного внутрішнього відбиття
(DRIFT-ATR) проводили у хвильовому діа-
пазоні 400–4000 см–1, з кроком 0.5 см–1, у
режимі накопичення 1025 і 3000 сканів, ви-
користовуючи приставку Horizontal ATR
Basics ATR-8000A, укомплектовану приз-
мами на основі селеніду цинку та металевого
германію.
Для визначення загальної концентрації
кислотних центрів на поверхні зразків по-
передньо висушену наважку волокна зали-
вали 0.1 N розчином NaOH та витримували
протягом 24 год. Концентрацію NaOH у
розчині до та після контакту зі зразком
визначали методом потенціометричного тит-
рування та за різницею розраховували кон-
центрацію всіх кислотних центрів на повер-
хні ВВ. Газофазну модельну реакцію – дегі-
дратацію ізопропілового спирту проводили у
проточній установці в інтервалі температур
30–250 ºС в умовах рівномірного нагріву зі
швидкістю 5–7 °С/хв. Концентрацію продук-
ту — пропілену визначали методом ІЧ-
спектроскопії за інтенсивністю смуги по-
глинання при 3105 см–1 [16].
За міру каталітичної активності було об-
рано температуру 100%-го перетворення
спирту в пропілен (t100%). Наважка волокна
становила 0.2 г, швидкість загального потоку
газової суміші — 45 мл/хв. Загальний га-
зовий потік складався з двох газових ліній —
аргону і спирту. Після виходу з балону і очи-
щення частина аргону використовувалася для
розведення, а друга проходила через ко-
лонку, в якій відбувалось насичення потоку
аргону парами спирту. Концентрація ізо-
пропілового спирту в загальному потоці га-
зової суміші становила 1.1·10–3 моль/л.
Таблиця 1
Концентрація сірки, визначена гравіметричним методом (сs), температурні інтервали десорбції
сульфогруп з поверхні волокна (ΔT) та температури максимумів їх десорбції, визначені методом
ТПДМС, загальна втрата маси (Δm) і втрата маси в зазначених температурних інтервалах
(ΔmΔТ) (за методом ТГА)
Зразок
сs,
моль/г
ТПДМС ТГА
ΔT, ºС Tmax1 , Tmax2 , ºС Δm, г/г ΔmΔТ , г/г
ВВ-ПАН – – – 0.04 0.005
ВВ-ПАН/S400 6.50 90–440 195, 370 0.23 0.14
ВВ-ПАН/S500 2.78 85–590 210, 305 0.14 0.10
ВВ-ПАН/S600 2.31 95–545 220, 315 0.15 0.09
ВВ-ПАН/S700 1.74 140–520 235, 330 0.15 0.09
ВВ-ПАН/S800 1.60 110–480 230, 310 0.13 0.12
Модифікування вуглецевих волокон за
запропонованою методикою забезпечує вве-
дення атомів сірки в поверхневий шар, що
підтверджується даними хімічного аналізу
(табл. 1). Методом ТПДМС показано, що
після обробки зразків ВВ парами сірки з
подальшим окисненням пероксидом водню,
десорбція сірковмісних груп з поверхні во-
локна відбувається у вигляді SO2 (m/z 64) в
інтервалі температур 90–590 °С, що ха-
Каталізатори кислотно-основних процесів на основі модифікованого вуглецевого волокна
ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7 41
рактерно для розкладання сульфогруп [17].
Температурний інтервал виділення SO2 є
досить широким і може бути розділений на
дві області: низько- та високотемпературну
— 90–300 і 300–590 °С, відповідно (рис. 2, а).
Рис. 2. Типові ТПДМС-профілі m/z 64 для
модифікованого волокна (зразок ВВ-ПАН/S600)
(a); cпіввідношення високо- і низькотемпе-
ратурної форми десорбції діоксиду сірки для
різних температур синтезу зразків модифіко-
ваного волокна (б).
Обробка за допомогою функцій Гауса
дає можливість виділити дві складові з
темпе-ратурами максимумів при 215±20 і
310±20 °С. Існування двох форм (низько- та
ви-сокотемпературної) десорбції SO2 може
бути пов'язане з різним оточенням SO3H-
груп у поверхневому шарі. У ТПДМС-
спектрах при-сутні також сигнали при m/z
48, що є результатом десорбції SO, але їх
інтен-сивність значно менша за інтенсивність
SO2, причому термодесорбційні криві
виділення монооксиду сірки повністю
синхронні з кри-вими десорбції діоксиду
сірки. За даними методу ТПДМС було
розраховано співвідно-шення високо- (Фв) і
низькотемпературної (Фн) форм десорбції
SO2 залежно від тем-ператури синтезу зразків
і встановлено, що зі зміною температури
синтезу змінюється спі-ввідношення високо-
і низькотемператур-ної форм і
максимальною ця величина є для зразків ВВ-
ПАН/S500 і ВВ-ПАН/S600 (рис. 2, б).
Десорбція води (m/z 18) і СО2 (m/z 44)
(рис. 3, а), яка відбувається при відносно
низьких (до 250 ºС) температурах, свідчить
про присутність на поверхні волокна в ос-
новному фізично сорбованих форм Н2О і
СО2, а також води і діоксиду вуглецю, що
утворюються в результаті взаємодії деяких
близько розташованих кисневмісних груп по-
верхневого шару. Десорбція СО2 в інтервалі
200–500 ºС вказує на існування на поверхні
ВВ карбоксильних груп, а суттєва його де-
сорбція в високотемпературній області (вище
350 ºС) зумовлена руйнуванням лактонних та
ангідридних груп [18, 19]. Ці результати
підтверджуються даними по десорбції СО —
інтенсивний сигнал на ТПДМС-профілях мо-
нооксиду вуглецю спостерігається вище 300
°С. На формування фенольних груп на по-
верхні зразків вказує інтенсивна десорбція
СО в інтервалі температур вище 600 ºС [18,
19]. Суттєве збільшення інтенсивності сиг-
налу m/z 18 на ТПДМС-спектрах мо-
дифікованих зразків ВВ (рис. 3, б) свідчить
про збільшення гідрофільності поверхні
волокна після обробки сіркою і окиснення
пероксидом водню. Для всіх модифікованих
зразків спостерігається зростання величин
С(СО)/С(SО2) і С(СО2)/С(SО2) зі
збільшенням температури синтезу (рис. 4,
а,б).
Л.М. Гріщенко, Т.М. Безугла, О.М. Задерк, А.В. Вакалюк, О.В. Місчанчук та інші.
42 ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7
Рис. 3. ТПДМС-профілі m/z 18, 28 і 44 для зразків
вихідного (а) і модифікованого сульфогрупами
волокна на прикладі зразка ВВ-ПАН/S600 (б).
Рис. 4. Залежність співвідношення концентрації
монооксиду (а) та діоксиду вуглецю (б) по
відношенню до діоксиду сірки від температури
синтезу
Існування сульфогруп у поверхневому
шарі модифікованих ВВ підтверджується да-
ними ІЧ-спектроскопії. Спектри модифіко-
ваних зразків (рис. 5) містять смуги погли-
нання в області 1030, 1160, 1260 та 1330 см–1,
що відносяться до сульфогруп. У табл. 2
наведено визначені хвильові числа для си-
метричних/асиметричних коливань зв'язків у
сульфогрупах, які узгоджуються з даними
робіт [19–28].
Методом ТГА встановлено, що для моди-
фікованих зразків, у порівнянні з вихідним
волокном, характерне суттєве збільшення
втрати маси (в 3–5 разів) в усьому дослі-
дженому температурному інтервалі (рис. 6,
а,б). Такий ефект пов'язаний як із функці-
оналізацією поверхневого шару волокна
сірковмісними групами, так і з формуванням
кисневмісних груп, що утворюються на ста-
дії окиснення ВВ пероксидом водню(табл. 1).
Для всіх зразків в результаті модифікува-
ння відбувається істотне збільшення загаль-
ної концентрації всіх кислотних центрів
(сульфогруп, карбоксильних, лактонних, фе-
нольних та ін.), причому найбільша кількість
кислотних груп міститься в поверхневому
шарі зразків, отриманих при найвищих тем-
пературах синтезу — 700 та 800 ºС (табл. 3).
Оскільки концентрація сірки (за даним
гравіметричного аналізу) зменшується зі зро-
станням температури синтезу (табл. 1), ви-
сока загальна концентрація кислотних груп
для цих зразків визначається в основному
внеском кисневмісних груп, які утворюються
на останній стадії синтезу при окисненні
зразків пероксидом водню.
Дослідження каталітичної активності фу-
нкціоналізованих сульфогрупами волокон
показало, що їх використання як ката-ліза-
торів забезпечує повне перетворення ізопро-
пілового спирту в продукти реакції. Темпе-
ратура 100 %-го перетворення становить
160–195 °С (табл. 3). Крім пропілену і води,
інших продуктів реакції (диізопропілового
етеру, оцтового альдегіду тощо) зафіксовано
не було, тобто отримані каталізатори мають
а
б
Каталізатори кислотно-основних процесів на основі модифікованого вуглецевого волокна
ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7 43
Таб л и ц я 2
Положення смуг поглинання в ІЧ-спектрах, які відповідають SO3H-групам
Функціонал
ьна група
Коливання
зв’язку
Хвильове
число, см–1
Література
–SO3H
S=O сим.
1117, 1184
1125
1180
1160
[21], [27]
[24], [27]
[25]
Наші
дослідження
S=O асим. 1382
1330
[27]
Наші
дослідження
S–O 1155 [24]
–SO3
–
S=O сим.
1042
1010, 1030
1025
1035
1007, 1037
1040
1030
[19]
[21]
[22]
[23]
[24], [27]
[25], [26]
Наші
дослідження
S=O асим.
1225
1221
1251
1228
1260
[19]
[20]
[21]
[22]
Наші
дослідження
100% селективність за пропіленом. Волокно,
що не містить в поверхневому шарі суль-
фогрупи, практично не є активним у до-
сліджуваному температурному інтервалі.
Для визначення можливості повторного
застосування синтезованих каталізаторів до-
сліджували їх роботу в декількох циклах
каталізу (рис. 7). Експеримент проводили на-
гріваючи зразки до температури повного
перетворення спирту в пропілен зі швид-
кістю 5–7 °С/хв, а потім охолоджували в по-
тоці аргону до кімнатної температури з та-
кою ж швидкістю. Цикл повторювали 3–4
рази. Встановлено, що при багаторазовому
використанні всіх модифікованих зразків ВВ
вихід пропілену для них не зменшується,
активність зберігається стабільною – темпе-
ратури перебігу реакції дегідратації зали-
шаються незмінними або збільшуються на 5–
10 ºС (табл. 3).
Температури повного перетворення
ізопропілового спирту в пропілен для всіх
синтезованих каталізаторів є нижчими ніж
температури деструкції поверхневих SO3H-
груп. Таким чином, модифіковані волокна є
низькотемпературними каталізаторами ки-
слотно-основних процесів, зокрема дегід-
ратації спиртів.
Л.М. Гріщенко, Т.М. Безугла, О.М. Задерк, А.В. Вакалюк, О.В. Місчанчук та інші.
44 ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7
Рис. 5. Фрагменти ІЧ-спектрів для вихідного
ПАН (1) та зразків ВВ-ПАН/500 (2) і ВВ-
ПАН/600 (3).
Рис. 6. Типові температурні залежності зміни
маси в інтегральній (1) та диференціальної формі
(2) для зразків вихідного волокна (а) і волокна,
модифікованого сульфогрупами на прикладі
зразка ВВ-ПАН/S600 (б).
Т а б л и ц я 3
Загальна концентрація кислотних груп на
поверхні зразків ВВ (сзаг) і температури
повного перетворення ізопропілового спирту в
пропілен для трьох циклів нагріву-
охолодження для зразків модифікованого ВВ
(t1–t3)
Зразок
сзаг,
ммоль/г
1 цикл 2 цикл 3 цикл
t1,°С t2,°С t3,°С
ВВ-ПАН 0.77 230* – –
ВВ-ПАН/S400 1.52 170 175 180
ВВ-ПАН/S500 1.69 160 160 170
ВВ-ПАН/S600 1.64 180 180 190
ВВ-ПАН/S700 2.22 190 190 190
ВВ-ПАН/S800 2.80 190 190 195
* Вихід пропілену ~20 %.
ВИСНОВКИ. Для отримання каталіза-
торів кислотно-основних процесів проведено
функціоналізацію вуглецевого волокна сірко-
вмісними групами високої кислотності. Ме-
тодами ТПДМС, ТГА та ІЧ-спектроскопії
підтверджено існування SO3H-груп у поверх-
невому шарі волокон. Показано, що обробку
зразків парою сірки доцільно проводити при
температурах, не вищих за 600 ºС. Зба-
гачення поверхневого шару кисневмісними
групами (карбоксильними, лактонними, фе-
нольними та ін.) відбувається на стадії
окиснення сірковмісних зразків пероксидом
водню. Синтезовані каталізатори на основі
вуглецевого волокна каталітично активні в
реакції дегідратації ізопропілового спирту та
характеризуються високою селективністю за
пропіленом.
КАТАЛИЗАТОРЫ КИСЛОТНО-ОСНОВНЫХ
ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВА-
ННОГО УГДЕРОДНОГО ВОЛОКНА
Л.Н.Грищенко1*, Т.Н.Безуглая, А.Н.Задерко1,
А.В.Вакалюк1, А.В.Мисчанчук2, Н.С.Новиченко3,
А.А.Череменко1, В.Е.Диюк1
Каталізатори кислотно-основних процесів на основі модифікованого вуглецевого волокна
ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7 45
1 Киевский национальный университет имени
Тараса Шевченко,ул. Владимирская, 60, Киев,
01601, Украина
2 Институт химии поверхности имени А.А.Чуйко
НАН Украины,ул. Генерала Наумова, 17, Киев,
03680, Украина
3 Інститут ботаники им. М.Г.Холодного НАН
Украины,ул. Терещенковская, 2, Kиев, 01004,
Украина,
*e-mail: liudmyla.grishchenko@gmail.com
Для получения катализаторов кислотно-
основных процессов проведена функциона-
лизация углеродного волокна, изготовленного на
основе полиакрилонитрила, серосодержащими
группами высокой кислотности. Волокна об-
рабатывались парами серы в температурном
интервале 400–800 °С с последующим оки-
слением поверхности 30 %-м раствором перекиси
водорода. Модифицированные образцы иссле-
дованы методами химического анализа, тер-
мопрограммированной десорбции с масс-
спектрометрической регистрацией продуктов,
ИК-спектроскопии и термогравиметрии. Пока-
зано, что полученные материалы содержат в
поверхностном слое SO3H-функциональные и
кислородсодержащие группы (карбоксильные,
лактонные, фенольные и др.), формирующиеся во
время окисления поверхности волокон. Син-
тезированные катализаторы исследованы в мо-
дельной реакции — газофазной дегидратации
изопропилового спирта. Установлено, что полу-
ченные SO3H-содержащие углеродные волокна
каталитически активны и характеризуются вы-
сокой селективностью по пропилену.
К л ю ч е в ы е с л о в а: углеродные волокна,
модифицирование поверхности, сульфогруппы,
дегидратация изопропилового спирта.
CATALYSTS OF ACID-BASE PROCESS ON
THE BASIS OF THE MODIFIED CARBON
FIBER
L.M.Grishchenko1*, T.M.Bezugla1, A.N.Zaderko1,
A.V.Vakaliuk1 , O.V.Mischanchuk2,
N.S.Novychenko3, A.A.Cheremenko1, V.E.Diyuk1
1 Taras Shevchenko National University of Kyiv, 60
Volodymyrska Str., Kyiv, 01601, Ukraine
2 Chuiko Institute of Surface Chemistry, National
Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, Ukraine, 17
General Naumov Str., Kyiv, 03680, Ukraine
3 M.G.Khoilodny Institute of Botany, National
Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, Ukraine, 2
Tereshchenkivska Str., Kyiv, 01004, Ukraine,
*e-mail: liudmyla.grishchenko@gmail.com
The functionalization of the carbon fiber based
on polyacrylonitrile with sulfur-containing groups of
high acidity was carried out in order to obtain the
acid-base processes catalysts. Fibers were treated
with sulfur vapors in the temperature range of 400–
800 °C, followed by surface oxidation with 30 %
hydrogen peroxide solution. Modified samples were
investigated by chemical analysis, thermo-
programmed desorption with mass spectrometric
registration of products, IR spectroscopy and
thermogravimetry. It is shown that the obtained
materials contain SO3H-functional groups and
oxygen-containing groups (carboxyl, lactone,
phenolic, etc.) formed in the surface layer during the
oxidation of the fiber surface. The chemical analysis
showed that the concentration of sulfur in the
samples of the modified fiber is 1.6–6.5 mmol/g. The
synthesized samples have a satisfactory thermal
stability.
The synthesized catalysts were investigated in
the model reaction — gas phase dehydration of
isopropyl alcohol. It was found that obtained SO3H-
containing carbon fibers were catalytically active and
had high propylene selectivity. For all the samples
obtained there is a complete conversion of alcohol
into propylene. The activity of modified carbon fiber
samples in the reaction indicated is a fairly high,
temperatures of the total conversion of alcohol into
propylene are in the range of 160–190 °C. During
the study of synthesized catalysts in several cycles
of catalysis it have been shown that within repeated
use (3 cycles) of all modified fiber samples, the yield
of propylene does not decrease, the activity remains
stable - the temperature of the dehydration reaction
remains unchanged or increases insignificantly (by
5–10 ºС). The temperatures of complete conversion
of isopropyl alcohol in propylene for synthesized
catalysts are lower than the temperatures of
destruction maxima of surface sulfogroups. Thus,
modified carbon fibers can be used as low-
temperature catalysts of acid-base processes, in
particular dehydration of alcohols.
K e y w o r d s: carbon fibre, surface modification,
sulfogroups, dehydratation of isopropanol.
mailto:liudmyla.grishchenko@gmail.com
http://www.nas.gov.ua/EN/Org/Pages/default.aspx?OrgID=0000243
mailto:liudmyla.grishchenko@gmail.com
Л.М. Гріщенко, Т.М. Безугла, О.М. Задерк, А.В. Вакалюк, О.В. Місчанчук та інші.
46 ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7
ЛІТЕРАТУРА
1. Knaggs E.A., Nepras M.J., Othmer K. Encyclopedia
of Chemical Technology. -Hoboken: Wiley, 2014.
2. Rodriguez-Reinoso F. The role of carbon
materials in heterogeneous catalysis // Carbon. -
1998. -36. -Р. 159–175.
3. Carrasco-Marin F., Mueden A., Moreno-
Castilla C. Surface-treated activated carbons as
catalysts for the dehydration and
dehydrogenation reactions of ethanol // J. Phys.
Chem. B. -1998. -102. -Р. 9239–9244.
4. Kang S., Ye J., Chang J. Recent advances in carbon-
based sulfonated catalyst: preparation and application
// Int. Rev. Chem. Eng. -2013. -5. -Р. 133–143.
5. Georgakilas V., Otyepka M., Bourlinos A.B. et
al. Functionalization of graphene: covalent and
non-covalent approaches, derivatives and
applications // Chem. Rev. -2011. -112, № 11. -
Р. 6156–6214.
6. Figueiredo J.L., Pereira M.F.R., Freitas
M.M.A., Orfao J.J.M. Modification of the
surface chemistry of activated carbons// Carbon.
-1999. -37. -Р. 1379–1389.
7. Strelko V., Malik D.J., Streat M. Characterisation of
the surface of oxidized carbon adsorbents // Carbon. -
2002. -40. -Р. 95–104.
8. Geng L., Wang Y., Yu G., Zhu Y. Efficient carbon-
based solid acid catalysts fort he esterification of oleic
acid // Catal.-Commun. -2011. -13. -Р. 26–30.
9. Pang Q., Wang L.Q., Yang H. et al. Cellulose-derived
carbon bearing –Cl and –SO3H groups as a highly
selective catalyst for the hydrolysis of cellulose to
glucose // RSC Adv. -2014. -4. -Р. 41212–41218.
10. Ferro-Garcia M.A., Utrera-Hidalgo E., Rivera-
Utrilla J. et al. Regeneration of activated carcon
exhausted with chlorophenols // Carbon. -1993. -31,
№ 6. -Р. 856–863.
11. Park S.-J. Carbon Fibers. -Dordrecht: Springer, 2015.
12. Li D., Ma X. Preparation and characterization of
activated carbon fibers from liquefied wood //
Cellulos. -2013. -20, № 4. -Р. 1649–1656.
13. Zverev M.P. Fibre chemisorbents – material for
environmental protection. A review. Fibre
Chemistry. -2002. -34, № 6. -Р. 456–465.
14. Гріщенко Л.М., Вакалюк А.В., Безугла Т.М.
та ін. Функціоналізація вуглецевого волокна
на основі поліакрилонітрилу S-вмісними
групами // Укр. хим. журн. -2017. -83, № 3. -
С. 37–42.
15. ISO 5931:2000.
16. Bezugla T.M., Grishchenko L.M., Vakaliuk
A.V.et al. Covalent bonding of sulfogroups to
activated carbon fibers: The role of bromine
plasma pretreatment // Mol Cryst Liq Cryst. -
2018. -661. № 1. -Р. 58–67.
17. Diyuk V.E., Zaderko A.N., Grishchenko L.M. et
al. Efficient carbon-based acid catalysts for the
propan-2-ol dehydration // Catal.-Commun. -
2012. -27. -Р. 33–37.
18. Puri B. R. Surface Complexes on Carbons.
Chemistry and Physics of Carbon. -New York:
Marcel Dekker, 1970.
19. Bansal R.C., Donnet J-B., Stoeckli F. Active
carbon. -New York, Basel: Marcel Dekker,
1988.
20. Jiang Y., Li X., Cao Q., Mu X. Acidic
functionalized, highly dispersed carbonaceous
spheres: An effective solid acid for hydrolysis of
polysaccharides // J. Nanopart. Res. -2011. -13.
-Р. 463–469.
21. Rodán L., Santos I., Armenise S. The formation
of a hydrothermal carbon coating on graphite
microfiber felts for using as structured acid
catalyst // Carbon. -2012. -50. -Р. 1363–1372.
22. Gao Z., Tang S., Cui X. Efficient mesoporous
carbon-based solid catalyst for the esterification
of oleic acid // Fuel. -2015. -140. -Р. 669–676.
23. Hasan Z., Jun J.W., Jhung S. Sulfonic acid-
functionalized MIL-101(Cr): an efficient
catalyst for esterification of oleic acid and
vapor-phase dehydration of butanol // Chem.
Eng. J. -2015. -278. -Р. 265–271.
24. Kim I., Kim J., Lee D. General Sulfonic acid
functionalized deoxycellulose catalysts for
glycerolacetylation to fuel additives // Appl.
Catal. A: Gen. -2014. -482. -Р. 31–37.
25. Suleiman D., Elabd Y.A., Napadensky E.
Thermogravimetric characterization of
sulfonated poly(styrene-isobutylene-styrene)
block copolymers: effects of processing
conditions // Thermochim. Acta. -2005. -430. -Р.
149–154.
Каталізатори кислотно-основних процесів на основі модифікованого вуглецевого волокна
ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7 47
26. Li Q., Chen S., Zhuang L. et al. Preparation of a
sulfonsted activated carbon fiber catalyst with γ-
irradiation-induced grafting method // J. Mater.
Res. -2012. -27. -Р. 3083–3089.
27. Aldana-Pérez A., Lartundo-Rojas L., Gуmez R.,
Niсo-Gуmez M.E. Sulfonic groups anchored on
mesoporous carbon Starbons-300 and its use for
the esterification of oleic acid // Fuel. -2012. -
100. -Р. 128–138.
28. Singare P.U., Lokhande R.S., Madyal R.S.
Thermal Degradation Studies of Some Strongly
Acidic Cation Exchange Resins // OJPC. -2011.
-1. -P. 45–54.
REFERENCES
1. Knaggs E.A., Nepras M.J., Othmer K. Encyclopedia
of Chemical Technology. (Hoboken: Wiley, 2014).
2. Rodriguez-Reinoso F. The role of carbon
materials in heterogeneous catalysis. Carbon.
1998. 36: 159.
3. Carrasco-Marin F., Mueden A., Moreno-Castilla
C. Surface-treated activated carbons as catalysts
for the dehydration and dehydrogenation
reactions of ethanol. J. Phys. Chem. B. 1998.
102: 9239.
4. Kang S., Ye J., Chang J. Recent advances in carbon-
based sulfonated catalyst: preparation and application.
Int. Rev. Chem. Eng. 2013. 5: 133.
5. Georgakilas V., Otyepka M., Bourlinos A.B.,
Chandra B., Kim N., Kemp K.C., Hobza P.,
Zboril R., Kim K.S. Functionalization of
graphene: covalent and non-covalent
approaches, derivatives and applications. Chem.
Rev. 2011. 112(11): 6156.
6. Figueiredo J.L., Pereira M.F.R., Freitas
M.M.A., Orfao J.J.M. Modification of the
surface chemistry of activated carbons. Carbon.
1999. 37: 1379.
7. Strelko V., Malik D.J., Streat M. Characterisation of
the surface of oxidized carbon adsorbents. Carbon.
2002. 40: 95.
8. Geng L., Wang Y., Yu G., Zhu Y. Efficient carbon-
based solid acid catalysts fort he esterification of oleic
acid. Catal.-Commun. 2011. 13: 26.
9. 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 cellulose to glucose. RSC Adv. 2014. 4:
41212.
10. Ferro-Garcia M.A., Utrera-Hidalgo E., Rivera-Utrilla
J., Moreno-Castilla C., Joly J.P. Regeneration of
activated carcon exhausted with chlorophenols.
Carbon. 1993. 31 (6): 856.
11. Park S.-J. Carbon Fibers. (Dordrecht: Springer,
2015).
12. Li D., Ma X. Preparation and characterization of
activated carbon fibers from liquefied wood. Cellulos.
2013. 20 (4). 1649.
13. Zverev M.P. Fibre chemisorbents – material for
environmental protection. A review. Fibre
Chemistry. 2002. 34 (6): 456.
14. Grishchenko L.M., Vakalyuk A.V., Bezugla
T.M., Beda O.A., Mischanchuk OV, Dyuk
V.Ye. Functionalization of carbon fiber based
on polyacrylonitrile with S-containing groups.
Ukr. Chem J. 2017. 83 (3): 37. [in Ukrainian].
15. ISO 5931:2000.
16. Bezugla T.M., Grishchenko L.M., Vakaliuk
A.V., Diyuk V.E., Mischanchuk O.V., and
Lisnyak V.V. Covalent bonding of sulfogroups
to activated carbon fibers: The role of bromine
plasma pretreatment. Mol Cryst Liq Cryst.
2018. 661 (1): 58.
17. Diyuk V.E., Zaderko A.N., Grishchenko L.M.,
Yatsymyrskiy A.V., Lisnyak V.V. Efficient
carbon-based acid catalysts for the propan-2-ol
dehydration. Catal.-Commun. 2012. 27: 33.
18. Puri B. R. Surface Complexes on Carbons.
Chemistry and Physics of Carbon. (New York:
Marcel Dekker, 1970).
19. Bansal R.C., Donnet J-B., Stoeckli F. Active
carbon. (New York, Basel: Marcel Dekker,
1988).
20. Jiang Y., Li X., Cao Q., Mu X. Acidic
functionalized, highly dispersed carbonaceous
spheres: An effective solid acid for hydrolysis of
polysaccharides. J Nanopart Res. 2011. 13: 463.
21. Rodán L., Santos I., Armenise S. The formation
of a hydrothermal carbon coating on graphite
microfiber felts for using as structured acid
catalyst. Carbon. 2012. 50: 1363.
22. Gao Z., Tang S., Cui X. Efficient mesoporous
carbon-based solid catalyst for the esterification
Л.М. Гріщенко, Т.М. Безугла, О.М. Задерк, А.В. Вакалюк, О.В. Місчанчук та інші.
48 ISSN 0041-6045. УКР . ХІМ . ЖУРН ., 2019, т . 85, No 7
of oleic acid. Fuel. 2015. 140: 669.
23. Hasan Z., Jun J.W., Jhung S. Sulfonic acid-
functionalized MIL-101(Cr): an efficient
catalyst for esterification of oleic acid and
vapor-phase dehydration of butanol. Chem. Eng.
J. 2015. 278: 265.
24. Kim I., Kim J., Lee D. General Sulfonic acid
functionalized deoxycellulose catalysts for
glycerolacetylation to fuel additives. Appl.
Catal. A: Gen. 2014. 482: 31.
25. Suleiman D., Elabd Y.A., Napadensky E.
Thermogravimetric characterization of
sulfonated poly(styrene-isobutylene-styrene)
block copolymers: effects of processing
conditions. Thermochim. Acta. 2005. 430: 149.
26. Li Q., Chen S., Zhuang L., Xu X. and Li H.
Preparation of a sulfonsted activated carbon
fiber catalyst with γ-irradiation-induced grafting
method. J. Mater. Res. 2012. 27 (24): 3083.
27. Aldana-Pérez A., Lartundo-Rojas L., Gуmez R.,
Niсo-Gуmez M.E. Sulfonic groups anchored on
mesoporous carbon Starbons-300 and its use for
the esterification of oleic acid. Fuel. 2012. 100:
128.
28. Singare P.U., Lokhande R.S., Madyal R.S.
Thermal Degradation Studies of Some Strongly
Acidic Cation Exchange Resins. OJPC. 2011. 1:
45.
Надійшла 02.07.2019
|
| id | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-64 |
| institution | Ukrainian Chemistry Journal |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-07-23T01:03:52Z |
| publishDate | 2019 |
| publisher | V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | ucjorgua/bf/a444fc8f049768337a7011fb0e99d4bf.pdf |
| spelling | oai:ojs2.1444248.nisspano.web.hosting-test.net:article-642026-07-22T08:23:40Z CATALYSTS OF ACID-BASE PROCESS ON THE BASIS OF THE MODIFIED CARBON FIBER КАТАЛИЗАТОРЫ КИСЛОТНО-ОСНОВНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО УГДЕРОДНОГО ВОЛОКНА КАТАЛІЗАТОРИ КИСЛОТНО-ОСНОВНИХ ПРОЦЕСІВ НА ОСНОВІ МОДИФІКОВАНОГО ВУГЛЕЦЕВОГО ВОЛОКНА Grishchenko, Liudmyla Bezugla, Tetiana Zaderko, Alexander Vakaliuk, Anna Mischanchuk , Oleksandr Novychenko, Natalia Cheremenko , Anastasiia Diyuk, Vitaliy carbon fibre, surface modification, sulfogroups, dehydratation of isopropanol. углеродные волокна, модифицирование поверхности, сульфогруппы, дегидратация изопропилового спирта. вуглецеві волокна, модифікування поверхні, сульфогрупи, дегідратація ізопропілового спирту The functionalization of the carbon fiber based on polyacrylonitrile with sulfur-containing groups of high acidity was carried out in order to obtain the acid-base processes catalysts. Fibers were treated with sulfur vapors in the temperature range of 400-800°C, followed by surface oxidation with 30% hydrogen peroxide solution. Modified samples were investigated by chemical analysis, thermo-programmed desorption with mass spectrometric registration of products, IR spectroscopy and thermogravimetry. It is shown that the obtained materials contain SO3H-functional groups and oxygen-containing groups (carboxyl, lactone, phenolic, etc.) formed in the surface layer during the oxidation of the fiber surface. The chemical analysis showed that the concentration of sulfur in the samples of the modified fiber is 1.6-6.5 mmol/g. The synthesized samples have a satisfactory thermal stability. The synthesized catalysts were investigated in the model reaction - gas phase dehydration of isopropyl alcohol. It was found that obtained SO3H-containing carbon fibers were catalytically active and had high propylene selectivity. For all the samples obtained there is a complete conversion of alcohol into propylene. The activity of modified carbon fiber samples in the reaction indicated is a fairly high, temperatures of the total conversion of alcohol into propylene are in the range of 160-190°C. During the study of synthesized catalysts in  several cycles of catalysis it have been shown that within repeated use (3 cycles) of all modified fiber samples, the yield of propylene does not decrease, the activity remains stable - the temperature of the dehydration reaction remains unchanged or increases  insignificantly (by 5-10ºС). The temperatures of complete conversion of isopropyl alcohol in propylene for synthesized catalysts are lower than the temperatures of destruction maxima of surface sulfogroups. Thus, modified carbon fibers can be used as low-temperature catalysts of acid-base processes, in particular dehydration of alcohols. The functionalization of the carbon fiber based on polyacrylonitrile with sulfur-containing groups of high acidity was carried out in order to obtain the acid-base processes catalysts. Fibers were treated with sulfur vapors in the temperature range of 400-800°C, followed by surface oxidation with 30% hydrogen peroxide solution. Modified samples were investigated by chemical analysis, thermo-programmed desorption with mass spectrometric registration of products, IR spectroscopy and thermogravimetry. It is shown that the obtained materials contain SO3H-functional groups and oxygen-containing groups (carboxyl, lactone, phenolic, etc.) formed in the surface layer during the oxidation of the fiber surface. The chemical analysis showed that the concentration of sulfur in the samples of the modified fiber is 1.6-6.5 mmol/g. The synthesized samples have a satisfactory thermal stability. The synthesized catalysts were investigated in the model reaction - gas phase dehydration of isopropyl alcohol. It was found that obtained SO3H-containing carbon fibers were catalytically active and had high propylene selectivity. For all the samples obtained there is a complete conversion of alcohol into propylene. The activity of modified carbon fiber samples in the reaction indicated is a fairly high, temperatures of the total conversion of alcohol into propylene are in the range of 160-190°C. During the study of synthesized catalysts in  several cycles of catalysis it have been shown that within repeated use (3 cycles) of all modified fiber samples, the yield of propylene does not decrease, the activity remains stable - the temperature of the dehydration reaction remains unchanged or increases  insignificantly (by 5-10ºС). The temperatures of complete conversion of isopropyl alcohol in propylene for synthesized catalysts are lower than the temperatures of destruction maxima of surface sulfogroups. Thus, modified carbon fibers can be used as low-temperature catalysts of acid-base processes, in particular dehydration of alcohols. The functionalization of the carbon fiber based on polyacrylonitrile with sulfur-containing groups of high acidity was carried out in order to obtain the acid-base processes catalysts. Fibers were treated with sulfur vapors in the temperature range of 400-800°C, followed by surface oxidation with 30% hydrogen peroxide solution. Modified samples were investigated by chemical analysis, thermo-programmed desorption with mass spectrometric registration of products, IR spectroscopy and thermogravimetry. It is shown that the obtained materials contain SO3H-functional groups and oxygen-containing groups (carboxyl, lactone, phenolic, etc.) formed in the surface layer during the oxidation of the fiber surface. The chemical analysis showed that the concentration of sulfur in the samples of the modified fiber is 1.6-6.5 mmol/g. The synthesized samples have a satisfactory thermal stability. The synthesized catalysts were investigated in the model reaction - gas phase dehydration of isopropyl alcohol. It was found that obtained SO3H-containing carbon fibers were catalytically active and had high propylene selectivity. For all the samples obtained there is a complete conversion of alcohol into propylene. The activity of modified carbon fiber samples in the reaction indicated is a fairly high, temperatures of the total conversion of alcohol into propylene are in the range of 160-190°C. During the study of synthesized catalysts in  several cycles of catalysis it have been shown that within repeated use (3 cycles) of all modified fiber samples, the yield of propylene does not decrease, the activity remains stable - the temperature of the dehydration reaction remains unchanged or increases  insignificantly (by 5-10ºС). The temperatures of complete conversion of isopropyl alcohol in propylene for synthesized catalysts are lower than the temperatures of destruction maxima of surface sulfogroups. Thus, modified carbon fibers can be used as low-temperature catalysts of acid-base processes, in particular dehydration of alcohols. V.I.Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry 2019-08-15 Article Article Physical chemistry Физическая xимия Фізична xімія application/pdf https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/64 10.33609/0041-6045.85.7.2019.38-48 Ukrainian Chemistry Journal; Vol. 85 No. 7 (2019): Ukrainian Chemistry Journal; 38-48 Украинский химический журнал; ##issue.vol## 85 ##issue.no## 7 (2019): Украинский химический журнал; 38-48 Український хімічний журнал; Том 85 № 7 (2019): Український хімічний журнал; 38-48 2708-129X 2708-1281 en https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/64/40 Copyright (c) 2019 Liudmyla Grishchenko, Tetiana Bezugla, Alexander Zaderko, Anna Vakaliuk, Oleksandr Mischanchuk , Natalia Novychenko, Anastasiia Cheremenko , Vitaliy Diyuk https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | вуглецеві волокна модифікування поверхні сульфогрупи дегідратація ізопропілового спирту Grishchenko, Liudmyla Bezugla, Tetiana Zaderko, Alexander Vakaliuk, Anna Mischanchuk , Oleksandr Novychenko, Natalia Cheremenko , Anastasiia Diyuk, Vitaliy КАТАЛІЗАТОРИ КИСЛОТНО-ОСНОВНИХ ПРОЦЕСІВ НА ОСНОВІ МОДИФІКОВАНОГО ВУГЛЕЦЕВОГО ВОЛОКНА |
| title | КАТАЛІЗАТОРИ КИСЛОТНО-ОСНОВНИХ ПРОЦЕСІВ НА ОСНОВІ МОДИФІКОВАНОГО ВУГЛЕЦЕВОГО ВОЛОКНА |
| title_alt | CATALYSTS OF ACID-BASE PROCESS ON THE BASIS OF THE MODIFIED CARBON FIBER КАТАЛИЗАТОРЫ КИСЛОТНО-ОСНОВНЫХ ПРОЦЕССОВ НА ОСНОВЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО УГДЕРОДНОГО ВОЛОКНА |
| title_full | КАТАЛІЗАТОРИ КИСЛОТНО-ОСНОВНИХ ПРОЦЕСІВ НА ОСНОВІ МОДИФІКОВАНОГО ВУГЛЕЦЕВОГО ВОЛОКНА |
| title_fullStr | КАТАЛІЗАТОРИ КИСЛОТНО-ОСНОВНИХ ПРОЦЕСІВ НА ОСНОВІ МОДИФІКОВАНОГО ВУГЛЕЦЕВОГО ВОЛОКНА |
| title_full_unstemmed | КАТАЛІЗАТОРИ КИСЛОТНО-ОСНОВНИХ ПРОЦЕСІВ НА ОСНОВІ МОДИФІКОВАНОГО ВУГЛЕЦЕВОГО ВОЛОКНА |
| title_short | КАТАЛІЗАТОРИ КИСЛОТНО-ОСНОВНИХ ПРОЦЕСІВ НА ОСНОВІ МОДИФІКОВАНОГО ВУГЛЕЦЕВОГО ВОЛОКНА |
| title_sort | каталізатори кислотно-основних процесів на основі модифікованого вуглецевого волокна |
| topic | вуглецеві волокна модифікування поверхні сульфогрупи дегідратація ізопропілового спирту |
| topic_facet | carbon fibre surface modification sulfogroups dehydratation of isopropanol. углеродные волокна модифицирование поверхности сульфогруппы дегидратация изопропилового спирта. вуглецеві волокна модифікування поверхні сульфогрупи дегідратація ізопропілового спирту |
| url | https://ucj.org.ua/index.php/journal/article/view/64 |
| work_keys_str_mv | AT grishchenkoliudmyla catalystsofacidbaseprocessonthebasisofthemodifiedcarbonfiber AT bezuglatetiana catalystsofacidbaseprocessonthebasisofthemodifiedcarbonfiber AT zaderkoalexander catalystsofacidbaseprocessonthebasisofthemodifiedcarbonfiber AT vakaliukanna catalystsofacidbaseprocessonthebasisofthemodifiedcarbonfiber AT mischanchukoleksandr catalystsofacidbaseprocessonthebasisofthemodifiedcarbonfiber AT novychenkonatalia catalystsofacidbaseprocessonthebasisofthemodifiedcarbonfiber AT cheremenkoanastasiia catalystsofacidbaseprocessonthebasisofthemodifiedcarbonfiber AT diyukvitaliy catalystsofacidbaseprocessonthebasisofthemodifiedcarbonfiber AT grishchenkoliudmyla katalizatorykislotnoosnovnyhprocessovnaosnovemodificirovannogougderodnogovolokna AT bezuglatetiana katalizatorykislotnoosnovnyhprocessovnaosnovemodificirovannogougderodnogovolokna AT zaderkoalexander katalizatorykislotnoosnovnyhprocessovnaosnovemodificirovannogougderodnogovolokna AT vakaliukanna katalizatorykislotnoosnovnyhprocessovnaosnovemodificirovannogougderodnogovolokna AT mischanchukoleksandr katalizatorykislotnoosnovnyhprocessovnaosnovemodificirovannogougderodnogovolokna AT novychenkonatalia katalizatorykislotnoosnovnyhprocessovnaosnovemodificirovannogougderodnogovolokna AT cheremenkoanastasiia katalizatorykislotnoosnovnyhprocessovnaosnovemodificirovannogougderodnogovolokna AT diyukvitaliy katalizatorykislotnoosnovnyhprocessovnaosnovemodificirovannogougderodnogovolokna AT grishchenkoliudmyla katalízatorikislotnoosnovnihprocesívnaosnovímodifíkovanogovuglecevogovolokna AT bezuglatetiana katalízatorikislotnoosnovnihprocesívnaosnovímodifíkovanogovuglecevogovolokna AT zaderkoalexander katalízatorikislotnoosnovnihprocesívnaosnovímodifíkovanogovuglecevogovolokna AT vakaliukanna katalízatorikislotnoosnovnihprocesívnaosnovímodifíkovanogovuglecevogovolokna AT mischanchukoleksandr katalízatorikislotnoosnovnihprocesívnaosnovímodifíkovanogovuglecevogovolokna AT novychenkonatalia katalízatorikislotnoosnovnihprocesívnaosnovímodifíkovanogovuglecevogovolokna AT cheremenkoanastasiia katalízatorikislotnoosnovnihprocesívnaosnovímodifíkovanogovuglecevogovolokna AT diyukvitaliy katalízatorikislotnoosnovnihprocesívnaosnovímodifíkovanogovuglecevogovolokna |