Синтез углеродных наноматериалов при микроволновом каталитическом пиролизе целлюлозы
А.Н. Заритовский1, Е.Н. Котенко1, С.В. Грищук1, В.А. Глазунова2, Г.К. Волкова2
1 ФГБНУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»
2 ФГБНУ «Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина»
DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.973
Оригинальная статья
Аннотация: Растущий спрос на углеродные нанотрубки, являющиеся типичными представителями класса углеродных наноматериалов и обладающие уникальными физико-химическими свойствами, вызывает необходимость поиска доступных и возобновляемых углеводородных ресурсов для их получения и разработки энергоэффективного и высокопроизводительного метода синтеза. В работе рассмотрены вопросы перспективности использования лигноцеллюлозной биомассы и ее отходов в качестве источника углерода для синтеза углеродных нанотрубок в микроволновом каталитическом пиролизе, подчеркивается целесообразность исследований в данном направлении. Отмечается, что одним из параметров, отвечающих за протекание процесса пиролитического синтеза углеродных нанотрубок, является концентрация поглотителя микроволнового излучения, определяющая температуру пиролиза. Изучено влияние изменения концентрации микроволнового поглотителя в реакционной смеси на каталитический синтез многостенных углеродных нанотрубок в процессе микроволнового пиролиза целлюлозы. Показано, что изменение содержания микроволнового акцептора от 10 до 30% сопровождается увеличением концентрации многостенных углеродных нанотрубок разупорядоченной морфологии в реакционной смеси. Высказано предположение о двухстадийном процессе пиролизасинтеза. Рассмотрены результаты просвечивающей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа полученных продуктов.
Ключевые слова: растительное сырьё, углеродные нанотрубки, целлюлоза, микроволновые поглотители, концентрация, микроволновая обработка, пиролиз
- Заритовский Александр Николаевич – к.х.н., старший научный сотрудник отдела супрамолекулярной химии, ФГБНУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»
- Котенко Елена Николаевна – младший научный сотрудник отдела супрамолекулярной химии, ФГБНУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»
- Грищук Светлана Владимировна – младший научный сотрудник отдела супрамолекулярной химии, ФГБНУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»
- Глазунова Валентина Александровна – научный сотрудник отдела физики и техники высоких давлений и перспективных технологий, ФГБНУ «Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина»
- Волкова Галина Кузьминична – научный сотрудник отдела физики и техники высоких давлений и перспективных технологий, ФГБНУ «Донецкий физико-технический институт им. А.А. Галкина»
Ссылка на статью:
Заритовский, А.Н. Синтез углеродных наноматериалов при микроволновом каталитическом пиролизе целлюлозы / А.Н. Заритовский, Е.Н. Котенко, С.В. Грищук, В.А. Глазунова, Г.К. Волкова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2023. — Вып. 15. — С. 973-981. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.973.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Suriapparao, D.V. A review on role of process parameters on pyrolysis of biomass and plastics: Present scope and future opportunities in conventional and microwave-assisted pyrolysis technologies / D.V. Suriapparao, R. Tejasvi // Process Safety and Environmental Protection. ‒ 2022. ‒ V. 162. ‒ P. 435-462. DOI: 10.1016/j.psep.2022.04.024.
2. Zhang, X. An overview of a novel concept in biomass pyrolysis: microwave irradiation / X. Zhang, K. Rajagopalan, H. Lei et al. // Sustainable Energy and Fuels. ‒ 2017. ‒ V. 1. ‒ I. 8. – P. 1664-1699. DOI: 10.1039/c7se00254h.
3. Omoriyekomwan, J.E. Formation of hollow carbon nanofibers on bio-char during microwave pyrolysis of palm kernel shell / J.E. Omoriyekomwan, A. Tahmasebi, J. Zhang, J. Yu // Energy Conversion and Management. – 2017. – V. 148. – P. 583-592. DOI: 10.1016/j.enconman.2017.06.022.
4. Omoriyekomwan, J.E. Mechanistic study on direct synthesis of carbon nanotubes from cellulose by means of microwave pyrolysis / J.E. Omoriyekomwan, A. Tahmasebi, J. Zhang, J. Yu // Energy Conversion and Management. – 2019. – V. 192. – P. 88-99. DOI: 10.1016/J.ENCONMAN.2019.04.042.
5. Omoriyekomwan, J.E. Synthesis of super-long carbon nanotubes from cellulosic biomass under microwave radiation / J.E. Omoriyekomwan, A. Tahmasebi, J. Zhang, J. Yu // Nanomaterials. – 2022. – V. 12. – I. 5. – Art. № 737. – 14 p. DOI: 10.3390/nano12050737.
6. Omoriyekomwan, J.E. A review on the recent advances in the production of carbon nanotubes and carbon nanofibers via microwave-assisted pyrolysis of biomass / J.E. Omoriyekomwan, A. Tahmasebi, J. Dou et al. // Fuel Processing Technology. – 2021. – V. 214. – Art. № 106686. – 22 p. DOI: 10.1016/j.fuproc.2020.106686.
7. Shi, K. Catalyst-free synthesis of multiwalled carbon nanotubes via microwave-induced processing of biomass / K. Shi, J. Yan, E. Lester, T. Wu // Industrial and Engineering Chemical Research. – 2014. – V. 53. – I. 39. – P. 15012-15019. DOI: 10.1021/IE503076N.
8. Wang, Z. Nanocarbons from rice husk by microwave plasma irradiation: From graphene and carbon nanotubes to graphenated carbon nanotube hybrids / Z. Wang, H. Ogata, S. Morimoto et al. // Carbon. – 2015. – V. 94. – P. 479-484. DOI: 10.1016/J. CARBON.2015.07.037.
9. Asnawi, M. Synthesis of carbon nanomaterials from rice husk via microwave oven / M. Asnawi, S. Azhari, M.N. Hamidon et al. // Journal of Nanomaterials. – V. 2018. – Art. id 2898326. – 5 p. DOI: 10.1155/2018/2898326.
10. Mamaeva, A. Microwave-assisted catalytic pyrolysis of lignocellulosic biomass for production of phenolicrich bio-oil / A. Mamaeva, A. Tahmasebi, L. Tian, J. Yu // Bioresource Technology. – 2016. – V. 211. – P. 382-389. DOI: 10.1016/j.biortech.2016.03.120.
11. Mubarik, S. Synthetic approach to rice waste-derived carbon-based. nanomaterials and their applications / S. Mubarik, N. Qureshi, Z. Sattar et al. // Nanomanufacturing. – 2021. – V. 1. – I. 3. – P. 109-159. DOI: 10.3390/nanomanufacturing1030010.
12. Zakaria, N.Z.J. A review of the recent trend in the synthesis of carbon nanomaterials derived from oil palm by-product materials // N.Z.J. Zakaria, S. Rozali, N.M. Mubarak, S. Ibrahim // Biomass Conversion and Biorefinery. – 2022. – 32 p. DOI: 10.1007/s13399-022-02430-3.
13. Gacem, A. Recent advances in methods for synthesis of carbon nanotubes and carbon nanocomposite and their emerging applications: a descriptive review / A. Gacem, S. Modi, V.K. Yadav et al. // Journal of Nanomaterials. – V. 2022. – Art. id 7238602. – 16 p. DOI: 10.1155/2022/7238602.
14. Baghel, P. Ultrafast growth of carbon nanotubes using microwave irradiation: characterization and its potential applications / P. Baghel, A.K. Sakhiya, P. Kaushal // Heliyon. – 2022. – V. 8. – I. 10. – Art. № e10943. – 20 p. DOI: 10.1016/j.heliyon.2022.e10943.
15. Zahid, M.U. Synthesis of carbon nanomaterials from different pyrolysis techniques: a review / M.U. Zahid, E. Pervaiz, A. Hussain et al. // Materials Research Experts. – 2018. – V. 5. – № 5. – Art. №. 052002. – 10 p. DOI: 10.1088/2053-1591/aac05b.
16. Ethaib, S. Microwave-assisted pyrolysis of biomass waste: a mini review / S. Ethaib, R. Omar, S.M.M. Kamal et al. // Processes. – 2020. – V. 8. – I. 9. – Art. № 1190. – 17 p. DOI: 10.3390/pr8091190.