Влияние параметров процесса микроволнового каталитического пиролиза целлюлозы на синтез углеродных наноструктур
А.Н. Заритовский, Е.Н. Котенко, С.В. Грищук
ФГБНУ «Институт физико-органической химии и углехимии им. Л.М. Литвиненко»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.841
Оригинальная статья
Аннотация: Углеродные наноматериалы благодаря их уникальным характеристикам и разнообразным приложениям представляют собой ключевой компонент развивающихся нанотехнологий. Получение углеродных наноструктур на основе биомассы рассматривается в качестве актуального направления исследований. Лигноцеллюлозные материалы являются распространенными возобновляемыми ресурсами, богатыми углеродом, и обладают достаточно высоким потенциалом для преобразования в ценные углеродные наноматериалы с помощью различных методов и технологий. Микроволновой пиролиз характеризуется как процесс термохимической конверсии биомассы с улучшенной энергоэффективностью и быстрым нагревом. В работе исследован каталитический синтез углеродных нанотрубок, сопровождающий микроволновой пиролиз целлюлозосодержащего сырья с использованием катализаторов, представляющих собой модифицированный металлами графит. Установлено, что для получения многостенных углеродных нанотрубок оптимальное содержание металлов в катализаторе составляет 23-32%. Эксперименты по изучению влияния времени микроволновой обработки на синтез углеродных наноструктур продемонстрировали, что образование углеродных нанотрубок происходит в основном в течение первых 3 минут воздействия сверхвысокочастотного электромагнитного излучения. Показана возможность оказывать направленное влияние на структуру и морфологию формирующихся углеродных наноматериалов, изменяя параметры синтеза. Продукты микроволнового пиролиза целлюлозы охарактеризованы методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгенофазового анализа.
Ключевые слова: углеродные нанотрубки, синтез, целлюлоза, микроволновой пиролиз, композитные металл-углеродные катализаторы
- 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»
Ссылка для цитирования:
Заритовский, А.Н. Влияние параметров процесса микроволнового каталитического пиролиза целлюлозы на синтез углеродных наноструктур / А.Н. Заритовский, Е.Н. Котенко, С.В. Грищук // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 841-850. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.841. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Wang, F. Recent progress in improving rate performance of cellulose-derived carbon materials for sodium- ion batteries / F. Wang, T. Zhang, T. Zhang et al. // Nano-Micro Letters. – 2024. – V. 16. – Art. № 148. – 46 p. DOI: 10.1007/s40820-024-01351-2.
2. Tohamy, H.-A.S. A greener future: carbon nanomaterials from lignocellulose / H.-A.S. Tohamy, M. El-Sakhawy, S. Kamel // Journal of Renewable Materials. – 2025. – V. 13. – № 1. – P. 21-47. DOI: 10.32604/jrm.2024.058603.
3. Waluyo, J. Biomass pyrolysis: a comprehensive review of production methods, derived products, and sustainable applications in advanced materials / J. Waluyo, E. Kanchanatip, M. Yan, D. Hantoko // Applied Science and Engineering Progress. – 2025. – V. 18. – № 2. – Art. № 7645. – 49 p. DOI: 10.14416/j.asep.2024.11.009.
4. Osman, A.I. Synergistic technologies for a circular economy: upcycling waste plastics and biomass / A.I. Osman, M. Nasr, C.O. Aniagor et al. // Frontiers of Chemical Science and Engineering. – 2025. – V. 19. – I. 1. – Art. № 2. – 35 p. DOI: 10.1007/s11705-024-2507-0.
5. Dudheinamdar, P.V. Biomass derived material for synthesis of CNTs / P.V. Dudheinamdar, S.V. Dhamal, J.C. Thorat // Suranaree Journal of Science and Technology. – 2024. – V. 31. – № 6. – Art. № 030236. – 15 p. DOI: 10.55766/sujst-2024-06-e04094.
6. Tiwari, S.K. Methods for the conversion of biomass waste into value-added carbon nanomaterials: recent progress and applications / S.K. Tiwari, M. Bystrzejewski, A. De Adhikari et al. // Progress in Energy and Combustions Science. – 2022. – Art. № 101023. – 44 p. DOI: 10.1016/j.pecs.2022.101023.
7. Kamaruddin, M.N.I.H. Microwave irradiation synthesis of carbon nanotubes: advances, purification techniques, and scalability prospects / M.N.I.H. Kamaruddin, S.S. Idris, A. Kadri, N.F. Abu Bakar // Malaysian Journal of Chemical Engineering and Technology. – 2024. – V. 7. – I. 2. – P. 270-298. DOI: 10.24191/mjcet.v7i2.1971.
8. Lozano Pérez, A.S. Application of microwave energy to biomass: a comprehensive review of microwave-assisted technologies, optimization parameters, and the strengths and weaknesses / A.S. Lozano Pérez, J.J. Lozada Castro, C.A. Guerrero Fajardo // Journal of Manufacturing and Materials Processing. – 2024. – V. 8. – I. 3. – Art. № 121. – 28 p. DOI: 10.3390/jmmp8030121.
9. Ke, L. Microwave catalytic pyrolysis of biomass: a review focusing on absorbents and catalysts / L. Ke, N. Zhou, Q. Wu et al. // npj Materials Sustainability. – 2024. – V. 2. – Art. № 24. – 20 p. DOI: 10.1038/s44296-024-00027-7.
10. Li, Z. Advanced mechanisms and applications of microwave-assisted synthesis of carbon-based materials: a brief review / Z. Li, K. Peng, N. Ji et al. // Nanoscale Advances. – 2025. – V. 7. – I. 2. – P. 419-432. DOI: 10.1039/d4na00701h.
11. Asif, F.C. Graphene-like carbon structure synthesis from biomass pyrolysis: a critical review on feedstock – process – properties relationship / F.C. Asif, G.C. Saha // C – Journal of Carbon Research. – 2023. – V. 9. – I. 1. – Art. № 31. – 29 p. DOI: 10.3390/c9010031.
12. Ramírez Cabrera, P.A. Design of a semi-continuous microwave system for pretreatment of microwave-assisted pyrolysis using a theoretical method / P.A. Ramírez Cabrera, A.S. Lozano Pérez, C.A. Guerrero Fajardo. – Inventions. – 2025. – V. 10. – Is. 2. – Art. № 24. – 25 p. DOI: 10.3390/inventions10020024.
13. Заритовский, А.Н. Синтез углеродных наноматериалов при микроволновом каталитическом пиролизе целлюлозы / А.Н. Заритовский, Е.Н. Котенко, С.В. Грищук и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2023. – Вып. 15. – С. 973-981. DOI: 10.26456/pcascnn/2023.15.985.
14. Заритовский, А.Н. Изучение каталитического синтеза углеродных наноструктур при микроволновом пиролизе целлюлозы / А.Н. Заритовский, Е.Н. Котенко, С.В. Грищук и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2024. – Вып. 16. – С. 864-872. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.864.
15. Liu, Y. Facile growth of carbon nanotubes using microwave ovens: the emerging application of highly efficient domestic plasma reactors / Y. Liu, N. Guo, P. Yin, C. Zhang // Nanoscale Advances. – 2019. – V. 1. – I. 12. – P. 4546-4559. DOI: 10.1039/C9NA00538B.