|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
Интеллектуальная Система Тематического Исследования НАукометрических данных |
||
Модифицированные углеродные наноматериалы для эффективного удаления токсичных органических веществНИР
Modified carbon nanomaterials for effictive toxic organic compounds removal
- Руководитель НИР: Строкова Н.Е.
- Ответственные исполнители: Купреенко С.Ю., Тамбовцева Ю.А.
- Подразделение: НИЛ катализа и газовой электрохимии
- Срок исполнения: 21 марта 2018 г. - 21 марта 2020 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 18-33-00322
- Номер ЦИТИС: АААА-А18-118032790201-6
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Функциональные материалы, наноматериалы и технологии
- ПН России: Безопасность и противодействие терроризму
-
Рубрики ГРНТИ:
- 87.15.09 Вещества и материалы, загрязняющие окружающую среду
- 87.17.81 Системы, приборы и методы контроля воздуха
- 31.15.35 Поверхностные явления. Адсорбция. Хроматография. Ионный обмен
-
Ключевые слова:
модификация поверхности, допирование азотом, летучие органические вещества, углеродные наноматериалы, очистка воздуха, термодинамика адсорбции, углеродные нанотрубки
nitrogen doping, thermodynamics of adsorption, air purification, carbon nanotubes, volatile organic compounds, surface modification, carbon nanomaterials -
Описание:
Основной целью данного проекта является разработка модифицированных углеродных наноматериалов (УНМ) для эффективной адсорбции токсических органических веществ из воздуха. В качестве двух типов структур УНМ выбраны углеродные нанотрубки (УНТ) и углеродные наночешуйки (УНЧ), модификация будет проводиться по двум направлениям: внедрение атомов азота в структуру графеновых слоёв и окисление поверхности материалов. В качестве токсических органических веществ будут испытаны ацетон, этилацетат, уксусная кислота, толуол и бутиламин как обладающие различными кислотными и структурными характеристиками и являющиеся распространенными реагентами в лабораторных условиях. Рассчитанные значения теплот адсорбции для всех пар адсорбент-адсорбат позволят сделать вывод о влиянии атомов азота и кислорода в структуре УНМ на эффективность поглощения органических веществ различной структуры и полярности.
-
Abstract:
The principal aim of this project is the development of the modified carbon nanomaterials (CNM) for the effective adsorption of the toxic organic compounds from air. Two types of carbon structures were selected: carbon nanotubes (CNT) and carbon nanoflakes (CNF). Modification will be carried out in two directions: implementation of nitrogen atoms to the graphene layers and surface oxidation. Acetone, ethylacetate, acetic acid, toluene and butylamine will be tested as toxic volatile organic compounds as far as their acidic and structural properties vary significantly and they are widely used in the laboratory techniques. The heat of sorption values for all adsorbent-adsorbate combinations calculated during the project realisation allow to make a conclusion about the effect of nitrogen and oxygen atoms presence in the structure of CNM onto efficiency of the absorption of organic compounds with varying structure and polarity.
- Добавил в систему: Строкова Наталья Евгеньевна
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 21 марта 2018 г.-21 марта 2019 г. | Модифицированные углеродные наноматериалы для эффективного удаления токсичных органических веществ |
| Результаты этапа: За первый год получено около 7-10 г углеродных и азот-углеродных структурированных наноматериалов. Их структуры изучены методами СЭМ и ПЭМ, поверхностный состав методом РФЭС, массовое содержание примесей определено методом СТА, удельная площадь и объём пор рассчитаны по результатам низкотемпературной адсорбции азота. Также для каждой пары адсорбент-адсорбат построены изотермы адсорбции-десорбции и рассчитаны теплоты адсорбции. Рассчитаны значения теплот адсорбции исследуемых растворителей на поверхности УНМ. В отличие от площадей поверхности значения теплот адсорбции ацетона на всех УНМ кроме МГФ минимальны среди исследованных адсорбатов (34,1, 33,5, 35,8 кДж/моль для УНТ, N-УНТ, N-МГФ соответственно), что связано с его наибольшей полярностью. В случае МГФ теплота адсорбции выбранных адсорбатов увеличивается с ростом их дипольного момента от 34,6 до 38,4 кДж/моль, следовательно для адсорбции полярных веществ наилучшим образом подходят МГФ. Наилучшим адсорбентом для этилацетата и толуола являются УНТ (qst ~38,5 кДж/моль). При внедрении азота в структуру УНТ теплоты адсорбции всех исследуемых органических веществ уменьшаются, по всей видимости, за счёт образования электрон-избыточных координационных центров на функциональных группах. В случае МГФ при допировании азотом наблюдается инверсия адсорбционных свойств материала. В результате выполнения работ первого года одна статья отправлена в редакцию научного журнала и опубликовано 4 тезисов в материалах конференций XXV Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов-2018" Секция "Инновации в химии: достижения и перспективы", 11 Международная конференция "Углерод: фундаментальные проблемы науки, материаловедение, технологоии", 8th Szeged International Workshop on Advances in Nanoscience. | ||
| 2 | 21 марта 2019 г.-21 марта 2020 г. | Модифицированные углеродные наноматериалы для эффективного удаления токсичных органических веществ |
| Результаты этапа: За второй год проведено поэтапное окисление углеродных и азот-углеродных структурированных наноматериалов. Их структуры изучены методами СЭМ и ПЭМ, поверхностный состав методом РФЭС, массовое содержание примесей определено методом СТА, удельная площадь и объём пор рассчитаны по результатам низкотемпературной адсорбции азота. Также для каждой пары адсорбент-адсорбат построены изотермы адсорбции-десорбции и рассчитаны теплоты адсорбции. Определено оптимальное время окисления материалов по результатам РФЭС и низкотемпратурной адсорбции азота. При окислении УНТ и N-УНТ в их состав внедряется около 10 ат. % кислорода, в случае УНЧ и N-УНЧ доля кислорода доходит до 20 ат. % согласно данным РФЭС. Статическая адсорбционная ёмкость для УНТ, N-УНТ, N-УНЧ, рассчитанная по объему микропор при 20 С варьируется в пределах 5-6 мг/г в зависимости от адсорбата. Установлено, что УНЧ является мезопористым сорбентом, что приводит к низкому значению адсорбционной ёмкости (~0,3 мг/г). Также в процессе выполнения проекта впервые рассчитаны теплоты адсорбции ацетона, этилацетата, толуола и уксусной кислоты на поверхности УНТ, УНЧ, N-УНТ и N-УНЧ, ок- УНТ, ок-УНЧ, ок-N-УНТ. Показано, что из полученных УНМ для адсорбции полярных веществ наилучшим образом подходят УНЧ, так как в их случае теплота адсорбции выбранных адсорбатов увеличивается с ростом их дипольного момента от 34,6 до 39,2 кДж/моль. Установлено, что для адсорбции веществ, содержащих бензольные фрагменты, наилучшим образом подходят УНТ, так как qst толуола на их поверхности составило 38,5 кДж/моль. Азотсодержащие материалы проявили себя как лучшие сорбенты для уксусной кислоты за счет основных свойств функциональных групп. В случае N-УНТ и N-УНЧ достигнуты наибольшие значения теплот адсорбции, свидетельствующие о химическом связывании. При окислении N-УНЧ удельная площадь поверхности резко уменьшается. Окисление УНЧ приводит к увеличению теплоты адсорбции этилацетата и толуола до 49 и 39 кДж/моль соответственно. Окисленные УНТ и N-УНТ показали теплоту адсорбции ацетона 44 кДж/моль. В результате выполнения работ второго года одна статья отправлена в редакцию научного журнала и опубликовано 4 тезисов в материалах конференций XXVI Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов-2019" Секция "Химия", II Международная конференция молодых учёных, работающих в области углеродных материалов, г.Троицк, International Conference on Chemistry and Chemical Engineering в г.Констанца, Румыния, 3-7 сентября 2019 | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".