Азотнокислотна модифікація нанопористого матеріалу з довгополуменевого вугілля, активованого гідроксидом калію
The aim of the work is to evaluate the effect of low-temperature nitric acid modification on the structure of nanoporous carbon (NC) obtained by alkaline activation of long-flame coal at a low KOH/coal ratio of 1 g/g. The initial NC is an activated (800 °C, 1 h) carbon with a pore volume of 1.074 cm...
Saved in:
| Published in: | Хімія, фізика та технологія поверхні |
|---|---|
| Date: | 2026 |
| Author Affiliations: | |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Published: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2026
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/858 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1874002081097973760 |
|---|---|
| author | Kucherenko, V.O. Tamarkina , Yu.V. Akopov, O.V. |
| author_facet | Kucherenko, V.O. Tamarkina , Yu.V. Akopov, O.V. |
| author_institution_txt_mv | [] |
| author_sort | Kucherenko, V.O. |
| baseUrl_str | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/oai |
| collection | OJS |
| container_end_page | |
| container_issue | |
| container_start_page | |
| container_title | Хімія, фізика та технологія поверхні |
| container_volume | |
| datestamp_date | 2026-08-19T16:15:27Z |
| description | The aim of the work is to evaluate the effect of low-temperature nitric acid modification on the structure of nanoporous carbon (NC) obtained by alkaline activation of long-flame coal at a low KOH/coal ratio of 1 g/g.
The initial NC is an activated (800 °C, 1 h) carbon with a pore volume of 1.074 cm3/g and a specific surface area SBET = 1729 m2/g. The NC modification was performed with HNO3 solutions (5–60 %) at 22±1 °C (24 h) and a constant HNO3/NC ratio (1 mol/mol). The NC elemental composition was determined by a Carlo Erba 1106 analyzer. The content of acidic groups (AG) was determined by the Boehm method. The oxygen content of non-acidic groups (NAG) was calculated by the difference between the AG oxygen content and the total oxygen content. The NC supramolecular structure was studied by X-ray diffraction (Bruker D8 diffractometer). The volumes and specific surface areas of ultramicropores (? 0.7 nm), supermicropores (0.7–2.0 nm), subnanopores (? 1.0 nm) and micropores (? 2.0 nm) were calculated by the 2D-NLDFT-НS method (SAIEUS program) using low-temperature nitrogen adsorption-desorption isotherms.
The concentration of [HNO3] was found to determine the composition of oxygen groups and the degree of reformation of the NC supramolecular and porous structure. With [HNO3] increase in the range of 5–60 %, the NC weight increases linearly to 7.8±1.4 %. The oxygen content of AG increases by 3.8 times (from 1.54 to 5.89 %), and the oxygen content of NAG – by 1.2 times (from 11.06 to 13.19 %). The increase in [HNO3] was found to cause a linear increase in the total content of AG (R2 = 0.952) and the content of carboxyl groups (R2 = 0.930). The content of lactone groups increases against the background of a decrease in the content of phenolic groups due to the participation of phenols in the formation of lactones. The consumption of carboxyl groups for this is not observed, because it is compensated by their formation during the NC oxidation. Low-concentration (? 20 %) HNO3 solutions were found to cause an increase in the oxygen content of AG higher than the increase in the total oxygen content, which indicates the transformation of NAG into AG. The NC supramolecular structure changes only when modified with concentrated (? 30 %) HNO3. The interlayer distance and the height of crystallites increase due to the intercalation of nitrate anions, but polyarenes do not exfoliate. The average diameter of polyarenes decreases significantly, which is due to their “burning” due to the intermediate formation of oxygen groups. Nitric acid modification causes a decrease in the total pore volume (by ~ 8 %), transforms a part (~ 26 %) of micropores into mesopores and increases the volume of ultramicropores. With increasing [HNO3], the SBET value linearly decreases by ~ 20 %. The specific surface of ultramicropores and subnanopores change through maxima, and their fractions reach 82.1 and 31.0 %, respectively. Modified NMs are microporous materials with a developed subnanoporous structure. |
| first_indexed | 2026-08-20T01:00:53Z |
| format | Article |
| fulltext | |
| id | www_cpts_com_ua-article-858 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| keywords_txt_mv | |
| last_indexed | 2026-08-20T01:00:53Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | |
| spelling | www_cpts_com_ua-article-8582026-08-19T16:15:27Z Nitric acid modification of nanoporous material from long-flame coal activated with potassium hydroxide Азотнокислотна модифікація нанопористого матеріалу з довгополуменевого вугілля, активованого гідроксидом калію Kucherenko, V.O. Tamarkina , Yu.V. Akopov, O.V. nanoporous carbon nitric acid modification acid groups supramolecular structure porosity reorganization нанопористий матеріал азотнокислотна модифікація кислотні групи супрамолекулярна структура реорганізація пористості The aim of the work is to evaluate the effect of low-temperature nitric acid modification on the structure of nanoporous carbon (NC) obtained by alkaline activation of long-flame coal at a low KOH/coal ratio of 1 g/g. The initial NC is an activated (800 °C, 1 h) carbon with a pore volume of 1.074 cm3/g and a specific surface area SBET = 1729 m2/g. The NC modification was performed with HNO3 solutions (5–60 %) at 22±1 °C (24 h) and a constant HNO3/NC ratio (1 mol/mol). The NC elemental composition was determined by a Carlo Erba 1106 analyzer. The content of acidic groups (AG) was determined by the Boehm method. The oxygen content of non-acidic groups (NAG) was calculated by the difference between the AG oxygen content and the total oxygen content. The NC supramolecular structure was studied by X-ray diffraction (Bruker D8 diffractometer). The volumes and specific surface areas of ultramicropores (? 0.7 nm), supermicropores (0.7–2.0 nm), subnanopores (? 1.0 nm) and micropores (? 2.0 nm) were calculated by the 2D-NLDFT-НS method (SAIEUS program) using low-temperature nitrogen adsorption-desorption isotherms. The concentration of [HNO3] was found to determine the composition of oxygen groups and the degree of reformation of the NC supramolecular and porous structure. With [HNO3] increase in the range of 5–60 %, the NC weight increases linearly to 7.8±1.4 %. The oxygen content of AG increases by 3.8 times (from 1.54 to 5.89 %), and the oxygen content of NAG – by 1.2 times (from 11.06 to 13.19 %). The increase in [HNO3] was found to cause a linear increase in the total content of AG (R2 = 0.952) and the content of carboxyl groups (R2 = 0.930). The content of lactone groups increases against the background of a decrease in the content of phenolic groups due to the participation of phenols in the formation of lactones. The consumption of carboxyl groups for this is not observed, because it is compensated by their formation during the NC oxidation. Low-concentration (? 20 %) HNO3 solutions were found to cause an increase in the oxygen content of AG higher than the increase in the total oxygen content, which indicates the transformation of NAG into AG. The NC supramolecular structure changes only when modified with concentrated (? 30 %) HNO3. The interlayer distance and the height of crystallites increase due to the intercalation of nitrate anions, but polyarenes do not exfoliate. The average diameter of polyarenes decreases significantly, which is due to their “burning” due to the intermediate formation of oxygen groups. Nitric acid modification causes a decrease in the total pore volume (by ~ 8 %), transforms a part (~ 26 %) of micropores into mesopores and increases the volume of ultramicropores. With increasing [HNO3], the SBET value linearly decreases by ~ 20 %. The specific surface of ultramicropores and subnanopores change through maxima, and their fractions reach 82.1 and 31.0 %, respectively. Modified NMs are microporous materials with a developed subnanoporous structure. Мета роботи – кількісно оцінити вплив низькотемпературної азотнокислотної модифікації на структуру нанопористого матеріалу (НМ), отриманого лужною активацією довгополуменевого вугілля при невеликому співвідношенні KОН/вугілля – 1 г/г. Вихідний НМ – активований (800 °С, 1 год) продукт з об’ємом пор 1.074 см3/г та питомою площею поверхні SBET = 1729 м2/г. Модифікацію НМ виконано розчинами HNO3 (5–60 %) при 22±1 °С, часі 24 год та постійному співвідношенні HNO3/НМ (1 моль/моль). Елементний склад НМ визначено аналізатором Carlo Erba 1106. Вміст кислотних груп (КГ) визначено методом Бема. Вміст кисню некислотних груп (НКГ) розраховано за різницею між вмістом кисню у КГ та загальним вмістом кисню. Супрамолекулярну структуру НМ вивчено методом РФА (дифрактометр Bruker D8). За низькотемпературними ізотермами адсорбції-десорбції азоту методом 2D-NLDFT-НS розраховано (програма SAIEUS) об’єми та питомі площі поверхні ультрамікропор (?0.7 нм), супермікропор (0.7–2.0 нм), субнанопор (? 1.0 нм) та мікропор (? 2.0 нм). Встановлено, що концентрація [HNO3] визначає склад кисневих груп і ступінь реформування супрамолекулярної та пористої структури НМ. З її зростанням в інтервалі 5–60 % вага НМ збільшується лінійно до 7.8±1.4 %. Вміст кисню КГ підвищується в 3.8 рази (з 1.54 до 5.89%), а кисню НКГ – в 1.2 рази (з 11.06 до 13.19 %). Знайдено, що підвищення концентрації [HNO3] обумовлює лінійні збільшення загального вмісту КГ (R2 = 0.952) та вмісту карбоксильних груп (R2 = 0.930). Вміст лактонних груп зростає на фоні зниження вмісту фенольних груп внаслідок участі фенолів в утворенні лактонів. Витрачання на це карбоксильних груп не спостерігається, бо компенсується їхнім утворенням при окисненні НМ. Виявлено, що низькоконцентровані (? 20 %) розчини HNO3 обумовлюють приріст вмісту кисню КГ вище за приріст загального вмісту кисню, що свідчить про трансформацію НКГ в КГ. Супрамолекулярна структура НМ змінюється лише при модифікації концентрованими (? 30 %) розчинами HNO3. Міжшарова відстань та висота кристалітів збільшується внаслідок інтеркалювання нітрат-аніонів, але відшарування поліаренів не відбувається. Середній діаметр поліаренів істотно знижується, що обумовлено їхнім «обгоранням» через проміжне утворення кисневих груп. Азотнокислотна модифікація викликає зменшення загального об’єму пор (на ~ 8 %), трансформує частину (~ 26 %) мікропор в мезопори та підвищує об’єм ультрамікропор. З підвищенням [HNO3] величина SBET лінійно зменшується на ~ 20 %. Питомі поверхні ультрамікропор та субнанопор змінюються через максимуми, а їхні частки досягають 82.1 та 31.0 %, відповідно. Модифіковані НМ є мікропористими матеріалами з розвиненою субнанопористою структурою Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2026-08-19 Article Article https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/858 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 17 No. 3 (2026): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 397-412 Химия, физика и технология поверхности; Том 17 № 3 (2026): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 397-412 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 17 № 3 (2026): Хімія, фізика та технологія поверхні; 397-412 2518-1238 2079-1704 Copyright (c) 2026 V.O. Kucherenko, Yu.V. Tamarkina , O.V. Akopov https://creativecommons.org/licenses/by/4.0 |
| spellingShingle | нанопористий матеріал азотнокислотна модифікація кислотні групи супрамолекулярна структура реорганізація пористості Kucherenko, V.O. Tamarkina , Yu.V. Akopov, O.V. Азотнокислотна модифікація нанопористого матеріалу з довгополуменевого вугілля, активованого гідроксидом калію |
| title | Азотнокислотна модифікація нанопористого матеріалу з довгополуменевого вугілля, активованого гідроксидом калію |
| title_alt | Nitric acid modification of nanoporous material from long-flame coal activated with potassium hydroxide |
| title_full | Азотнокислотна модифікація нанопористого матеріалу з довгополуменевого вугілля, активованого гідроксидом калію |
| title_fullStr | Азотнокислотна модифікація нанопористого матеріалу з довгополуменевого вугілля, активованого гідроксидом калію |
| title_full_unstemmed | Азотнокислотна модифікація нанопористого матеріалу з довгополуменевого вугілля, активованого гідроксидом калію |
| title_short | Азотнокислотна модифікація нанопористого матеріалу з довгополуменевого вугілля, активованого гідроксидом калію |
| title_sort | азотнокислотна модифікація нанопористого матеріалу з довгополуменевого вугілля, активованого гідроксидом калію |
| topic | нанопористий матеріал азотнокислотна модифікація кислотні групи супрамолекулярна структура реорганізація пористості |
| topic_facet | nanoporous carbon nitric acid modification acid groups supramolecular structure porosity reorganization нанопористий матеріал азотнокислотна модифікація кислотні групи супрамолекулярна структура реорганізація пористості |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/858 |
| work_keys_str_mv | AT kucherenkovo nitricacidmodificationofnanoporousmaterialfromlongflamecoalactivatedwithpotassiumhydroxide AT tamarkinayuv nitricacidmodificationofnanoporousmaterialfromlongflamecoalactivatedwithpotassiumhydroxide AT akopovov nitricacidmodificationofnanoporousmaterialfromlongflamecoalactivatedwithpotassiumhydroxide AT kucherenkovo azotnokislotnamodifíkacíânanoporistogomateríaluzdovgopolumenevogovugíllâaktivovanogogídroksidomkalíû AT tamarkinayuv azotnokislotnamodifíkacíânanoporistogomateríaluzdovgopolumenevogovugíllâaktivovanogogídroksidomkalíû AT akopovov azotnokislotnamodifíkacíânanoporistogomateríaluzdovgopolumenevogovugíllâaktivovanogogídroksidomkalíû |