Характеристика и адсорбционные свойства углеродных наноматериалов, полученных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Abstract

Представлены результаты исследования углеродных наноматериалов (УНМ), синтезированных карбонизацией растительной биомассы в условиях процесса самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Впервые предложено использовать для производства УНМ стебли борщевика Сосновского. Была проведена оценка влияния условий синтеза на сорбционные характеристики образцов. Показано, что в результате карбонизации биополимеров в условиях процесса СВС происходит кардинальная трансформация исходной материала, о чем свидетельствуют результаты химического анализа и данные, полученные методами сканирующей электронной микроскопии. Методом низкотемпературной адсорбции азота показано, что карбонизация исходного биосырья (прекурсора) приводит к формированию развитой поверхностно-пористой структуры карбонизированного продукта. При этом величина удельной поверхности полученных порошков наноуглеродов на два порядка превышает площадь поверхности порошков исходной растительной биомассы. Установлены основные закономерности процессов адсорбции урана (VI) из водных сред с низкой концентрацией (0,625мкг/мл). Было обнаружено, что образцы исследуемых углеродных наноматериалов характеризуются прочным удержанием урана, значительное количество которого (67–70 %) не десорбируется ни водой, ни водными растворами CH3COONH4 и HCI (1 М). Установлена взаимосвязь между параметрами поверхностно-пористой структуры и показателями адсорбции-десорбции. Полученные результаты свидетельствуют о высоком инновационном потенциале УНМ

The results of the study of carbon nanomaterials (CNM) synthesized by carbonation of lignocellulose biomass under conditions of self-propagating high-temperature synthesis (SHS) are presented. For the first time, it was proposed to use stems of Sosnovsky hogweed for the production of CNM. The influence of the choice of raw materials and synthesis conditions on the sorption characteristics of the samples was evaluated. It is shown that as a result of carbonization of biopolymers under the conditions of the SHS process, a cardinal transformation of the initial matter occurs, as evidenced by the results of chemical analysis and data obtained by scanning electron microscopy. By the method of low- temperature nitrogen adsorption, the fact of the formation of a developed surface-porous structure, with a specific area two orders of magnitude larger than the surface area of the initial plant biomass, has been established. The main regularities of the processes of adsorption from aqueous media with a low concentration (0.625 μg/ml) of uranium were established. It was found that carbon nanomaterials samples are characterized by a strong retention of U(VI), a significant amount of which (67–70 %) is not desorbed either by water or aqueous solutions of CH3COONH4 and HCI (1 M). The relationship between the parameters of the surface-porous structure and adsorption-desorption indicators has been established. The obtained results indicated a high innovative potential of CNM