СИНТЕЗ И СВОЙСТВА УГЛЕРОДНЫХ ГЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ПОЛИФЕНОЛОВ СОСНЫ И КЕДРА:

Надежда Михайловна Микова; Иван Петрович Иванов; Анатолий Михайлович Жижаев; Борис Николаевич Кузнецов

doi:10.14258/jcprm.20250316854

Надежда Михайловна Микова Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» Email: nm@icct.ru
Иван Петрович Иванов Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», Сибирский федеральный университет Email: ivanov@icct.ru
Анатолий Михайлович Жижаев Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», Сибирский федеральный университет Email: zhyzhaev@mail.ru
Борис Николаевич Кузнецов Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», Сибирский федеральный университет Email: inm@icct.ru

https://doi.org/10.14258/jcprm.20250316854

Ключевые слова: таннины кедра и сосны, этаноллигнин, сшивающие агенты, углеродные гели, пористость, строение

Аннотация

Предложены новые способы получения пористых углеродных гелей путем карбонизации соответствующих органических ксерогелей, синтезированных золь-гель конденсацией полифенолов (таннинов и этаноллигнина) сосны и кедра с различными сшивающими агентами (формальдегидом, глутаровым альдегидом и фурфуриловым спиртом) в массовом отношении 1 : 1.5. Установлено влияние природы и состава исходных компонентов на формирование пористой структуры, кажущуюся плотность и адсорбционные свойства углеродных гелей. Проведено сопоставление характеристик пористой структуры таннин-формальдегидных и таннин-фурфуриловых углеродных гелей, получаемых в одинаковых условиях из таннинов, выделенных из различного вида древесной коры – сосны и кедра. Среди таннин-формальдегидных гелей самую высокую удельную поверхность имеет углеродный гель, полученный при использовании таннинов кедра (540 м²/г), тогда как поверхность геля из таннинов сосны не превышает 184 м²/г. Наиболее высокой удельной поверхностью (585 м²/г) и объемом пор (0.7 см³/г) отличается углеродный таннин-фурфуриловый гель на основе таннинов сосны. Использование глутарового альдегида для сшивки таннинов кедра приводит к снижению удельной поверхности углеродного геля до 377 м²/г по сравнению с таннин-формальдегидным гелем. Добавление лигнина к таннинам сосны способствует возрастанию удельной поверхности углеродного таннин-формальдегидного геля в 2.6 раза (от 184 до 482 м²/г). Методами низкотемпературной адсорбции азота и сканирующей электронной микроскопии установлено, что при введении макромолекул лигнина в состав таннин-формальдегидного геля возрастает размер частиц, формирующих матрицу углеродного геля, а также размер образующихся пор.

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Metrics

Загрузка метрик ...

Биографии авторов

Надежда Михайловна Микова, Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН»

кандидат химических наук, старший научный сотрудник

Иван Петрович Иванов, Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», Сибирский федеральный университет

кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Анатолий Михайлович Жижаев, Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», Сибирский федеральный университет

кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник

Борис Николаевич Кузнецов, Институт химии и химической технологии СО РАН, ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», Сибирский федеральный университет

доктор химических наук, профессор, руководитель научного направления

Литература

Choi J., Jung J.C., Jung W. Gels, 2024, vol. 10(6), 400. https://doi.org/10.3390/gels10060400.

Koopmann A.K., Schuster C., Torres-Rodríguez J., Kain S., Pertl-Obermeyer H., Petutschnigg A., Hüsing N. Molecules, 2020, vol. 25(21), 4910. https://doi.org/10.3390/molecules25214910.

Zhao S., Malfait W.J., Guerrero-Alburquerque N., Koebel M.M., Nystrçm G. Angew. Chem. Int. Ed., 2018, vol. 57, pp. 7580–7608. https://doi.org/10.1002/ange.2017090140.

Sam D.K., Sam E.K., Durairaj A., Lv X., Zhou Z., Liu J. Carbohydrate Research, 2020, vol. 491, 107986. https://doi.org/10.1016/j.carres.2020.107986.

Braghiroli F.L., Amaral-Labat G., Boss A.F.N., Lacoste C., Pizzi A. Biomolecules, 2019, vol. 9(10), pp. 587–621. https://doi.org/10.3390/biom9100587.

Lacoste C., Basso M.C., Pizzi A., Celzard A., Ella Bang E., Gallon N., Charrier B. Ind. Crops Prod., 2015, vol. 67, pp. 70–73. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2014.12.018.

Rey-Raap N., Szczurek A., Fierro V., Celzard A., Menéndez J.A., Arenillas A. Ind. Crops Prod., 2016, vol. 82, pp. 100–106. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2015.12.001.

Pizzi A.A. Biomolecules, 2019, vol. 9(8), 344. https://doi.org/10.3390/biom9080344.

Evans A.V.Y., Efhamisisi D., Pizzi A. Ind. Crops Prod., 2018, vol. 126, pp. 316–332. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.10.034.

Arbenz A., Avérous L. Biodegradable and bio-based polymers for biomedical and environmental applications. Wiley & Scrivener Publishing, 2016, pp. 97–148.

Amaral-Labat G., Grishechko L.I., Fierro V., Kuznetsov B.N., Pizzi A., Celzard A. Biomass and Bioenergy, 2013, vol. 56, pp. 437–445. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2013.06.001.

Teng B., Zhang T., Gong Y., Chen W. Afr. J. Agric. Res., 2013, vol. 8(47), pp. 5996–6001.

Jablonsky M., Nosalova J., Sladkova A., Haz A., Kreps F., Valka J., Miertus S., Frecer V., Ondrejovic M., Sima J., Surina I. Biotechnology Advances, 2017, vol. 35(6), pp. 726–750. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2017.07.007.

Yazaki Y. Nat. Prod. Commun., 2015, vol. 10(3), pp. 513–520. https://doi.org/10.1177/1934578X1501000333.

Vassilev S.V., Baxter D., Andersen L.K., Vassileva G. Fuel, 2010, vol. 89(5), pp. 913–933. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2009.10.022.

Mikova N.M., Zhyzhaev A.M., Ivanov I.P., Levdanskiy V.A., Taran O.P., Kuznetsov B.N. J. Sib. Fed. Univ. Chem., 2023, vol. 16(3), pp. 369–382.

Levdanskiy V.A., Levdanskiy A.V., Kuznetsov B.N. Khimiya rastitel'nogo syr'ya. 2022, no. 4, pp. 99–105. https://doi.org/10.14258/jcprm.20220411490. (in Russ.).

Ku C.S., Mun S.P. Wood Sci. Technol., 2007, vol. 41(3), pp. 235–247. https://doi.org/10.1007/s00226-006-0103-8.

Weinwurm F., Drljo A., Silva T.L.S., Friedl A. Chemical Engineering Transactions, 2014, vol. 39, pp. 583–588. https://doi.org/10.3303/CET1439098.

Mikova N.M., Zhizhayev A.M., Ivanov I.P., Fetisova O.Yu., Borovkova V.S., Kuznetsov B.N. Khimiya rastitel'nogo syr'ya, 2024, no. 3, pp. 91–101. https://doi.org/10.14258/jcprm.20240315111. (in Russ.).

Mikova N.M., Ivanov I.P., Fetisova O.Yu., Kazachenko A.S., Kuznetsov B.N. Bioresource Technology Reports, 2023, vol. 22, 101454. https://doi.org/10.1016/j.biteb.2023.101454.

Scioneaux A.N., Schmidt M.A., Moore M.A., Lindroth R.L., Wooley S.C., Hagerman A.E. J. Chem. Ecol., 2011, vol. 37, pp. 7–70. https://doi.org/10.1007/s10886-010-9887-y.

Williams V.M., Porter L.J., Hemingway R.W. Phytochemistry, 1983, vol. 22, pp. 569–572. https://doi.org/10.1016/0031-9422%2883%2983048-9.

Thommes M., Kaneko K., Neimark A.V., Olivier J.P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing K.S.W. Pure Appl. Chem., 2015, vol. 87(9-10), pp. 1051–1069. https://doi.org/10.1515/pac-2014-111.

Rouquerol F., Rouquerol J., Sing K.S.W., Llewellyn P., Maurin G. Adsorption by Powders and Porous Solids. Princi-ples, Methodology and Applications. Academic Press, 2012, 626 p. https://doi.org/10.1016/C2010-0-66232-8.

Pizzi A., Tondi G., Pasch H., Celzard A. J. Appl. Polym. Sci., 2008, vol. 110, pp. 1451–1456. https://doi.org/10.1002/app.28545.

Mikova, N.M., Ivanov I.P., Levdanskiy V.A., Kuznetsov B.N. Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Khimiya, 2020, no. 13(2), pp. 175–188. https://doi.org/10.17516/1998-2836-0173. (in Russ.).

Mikova N.M., Skvortsova G.P., Ivanov I.P., Levdanskiy V.A., Kuznetsov B.N. Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Khimiya, 2017, no. 10(3), pp. 368–380. https://doi.org/10.17516/1998-2836-0033. (in Russ.).

Lacoste C., Pizzi A., Bassо M.C., Laborie M.-P., Celzard A. Ind. Crops Prod., 2014, vol. 52, pp. 450–456. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2013.10.044.

Rey-Raap N., Menéndez J.A., Arenillas A. Carbon, 2014, vol. 78, pp. 490–499. https://doi.org/10.17516/1998-2836-015532.

Kraiwattanawong K., Sano N., Tamon H. Polymers, 2021, vol. 13(16), 2631. https://doi.org/10.3390/polym13162631.

Mikova N.M., Levdanskiy V.А., Skwortsova G.P., Zhizhaev А.М., Lutoshkin M.A., Chesnokov N.V., Kuznetsov B.N. Biomass Conv. Bioref., 2021, vol. 11(1), pp. 1565–1573. https://doi.org/10.1007/s13399-019-00561-8.

Sing K.S.W., Everett D.H., Haul R.A.W., Moscou L., Pierotti R.A., Rouquerol J. Pure Appl. Chem.. 1985, vol. 57. 603. https://doi.org/10.1351/pac198557040603.

Chen F., Xu M., Wang L., Li J. BioResources, 2011, vol. 6(2), pp. 1262–1272. https://doi.org/10.15376/BIORES.1262–1272.