Alkaline Carbonization of Polyacrylonitrile for the Preparation of Microporous Carbon Materials

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

A method has been proposed for the synthesis of activated carbon materials (ACMs) based on polyacrylonitrile (PAN) by activation with potassium hydroxide under the action of IR heating. Two approaches to the chemical activation of the polymer precursor were presented: formation of ACM based on PAN preliminarily heat-treated at 200°C and based on PAN carbonized at 700°C by impregnation with an aqueous alkali solution followed by heating to 800°C. Due to the use of IR radiation, the heating can be performed at a rate of 50 K/min, and the exposure time at a given temperature can be reduced to 2 min. The dependence of the specific surface area and porosity of ACM according to BET on the synthesis conditions was studied. The proposed approaches lead to the formation of ACMs with specific surface areas of 1091 and 2121 m2/g, respectively.

About the authors

M. N. Efimov

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

Email: efimov@ips.ac.ru
119991, Moscow, Russia

N. A. Zhilyaeva

119991, Moscow, Russia

Email: efimov@ips.ac.ru
119991, Moscow, Russia

D. G. Muratov

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

Email: efimov@ips.ac.ru
119991, Moscow, Russia

A. A. Vasilev

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

Email: efimov@ips.ac.ru
119991, Moscow, Russia

A. A. Yushkin

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

Email: efimov@ips.ac.ru
119991, Moscow, Russia

G. P. Karpacheva

Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: efimov@ips.ac.ru
119991, Moscow, Russia

References

  1. Mochalin V.N., Shenderova O., Ho D., Gogotsi Y. // Nat. Nanotechnol. 2012. V. 7. P. 11. https://doi.org/10.1038/nnano.2011.209
  2. Wang J., Kaskel S. // J. Mater. Chem. 2012. V. 22. P. 23710. https://doi.org/10.1039/C2JM34066F
  3. Speranza G. // Nanomater. 2021. V. 11. P. 967. https://doi.org/10.3390/nano11040967
  4. Lazarotto J.S., da Boit Martinello K., Georgin J. et al. // Chem. Eng. Res. Des. 2022. V. 180. P. 67. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2022.01.044
  5. Pui W.K., Yusoff R., Aroua M.K. // Rev. Chem. Eng. 2019. V. 35. P. 649. https://doi.org/10.1515/revce-2017-0057
  6. Abalyaeva V.V., Efimov M.N., Efimov O.N. et al. // Electrochim. Acta. 2020. V. 354. P. 136671. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.136671
  7. Zheng L., Li W.B., Chen J.L. // RSC Adv. 2018. V. 8. P. 29767. https://doi.org/10.1039/C8RA04367A
  8. Efimov M.N., Mironova E.Y., Vasilev A.A. et al. // J. Environ. Chem. Eng. 2021. V. 9. P. 106429. https://doi.org/10.1016/j.jece.2021.106429
  9. Iwanow M., Gärtner T., Sieber V., König B. // Beilstein J. Org. Chem. 2020. V. 16. P. 1188. https://doi.org/10.3762/bjoc.16.104
  10. Mopoung S., Dejang N. // Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 13948. https://doi.org/10.1038/s41598-021-93249-x
  11. Januszewicz K., Kazimierski P., Klein M. et al. // Mater. 2020. V. 13. P. 2047. https://doi.org/10.3390/ma13092047
  12. Franco D.S.P., Georgin J., Netto M.S. et al. // Environ. Sci. Pollut. Res. 2022. V. 29. P. 31085.https://doi.org/10.1007/s11356-021-17846-z
  13. Cao Y., Wang K., Wang X. et al. // Electrochim. Acta. 2016. V. 212. P. 839. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.07.069
  14. Suhas Gupta V.K., Carrott P.J.M. et al. // Bioresour. Technol. 216 (2016) 1066–1076. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2016.05.106
  15. Wu Q., Liang D., Ma X. et al. // RSC Adv. 2019. V. 9. P. 26676. https://doi.org/10.1039/C9RA04959B
  16. Munoz M., Kolb V., Lamolda A. et al. // Appl. Catal. B Environ. 2017. V. 218. P. 498. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2017.07.001
  17. Ma J., Liu J., Song J., Tang T. // RSC Adv. 2018. V. 8. P. 2469. https://doi.org/10.1039/C7RA12733B
  18. Sevilla M., Valle-Vigón P., Fuertes A.B. // Adv. Funct. Mater. 2011. V. 21. P. 2781. https://doi.org/10.1002/adfm.201100291
  19. Díez N., Sevilla M., Fombona-Pascual A., Fuertes A.B. // Batter. Supercaps. 2022. V. 5. P. e202100169. https://doi.org/10.1002/batt.202100169
  20. Li K., Wang C. et al. // Res. Chem. Intermed. 2020. V. 46. P. 3459. https://doi.org/10.1007/s11164-020-04156-1
  21. de Paula F.G.F., de Castro M.C.M., Ortega P.F.R. et al. // Microporous Mesoporous Mater. 2018. V. 267. P. 181. https://doi.org/10.1016/J.MICROMESO.2018.03.027
  22. Shen W., Zhang S., He Y. et al. // J. Mater. Chem. 2011. V. 21. P. 14036. https://doi.org/10.1039/C1JM12585K
  23. Ma C., Bai J., Hu X. et al. // J. Environ. Sci. 2023. V. 125. P. 533. https://doi.org/10.1016/J.JES.2022.03.016
  24. Podyacheva O.Y., Cherepanova S.V., Romanenko A.I. et al. // Carbon N. Y. 2017. V. 122. P. 475. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2017.06.094
  25. Podyacheva O.Y., Ismagilov Z.R. // Catal. Today. 2015. V. 249. P. 12. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2014.10.033
  26. Zhao L., Wang Y., Li W. // RSC Adv. 2016. V. 6. P. 90076. https://doi.org/10.1039/C6RA17049H
  27. Wang Y., Fugetsu B., Wang Z. et al. // Sci. Rep. 2017. V. 7. P. 40259. https://doi.org/10.1038/srep40259
  28. Gao L., Lu H., Lin H. et al. // Chem. Res. Chinese Univ. 2014. V. 30. P. 441. https://doi.org/10.1007/s40242-014-4059-1
  29. Hsiao H.Y., Huang C.M., Hsu M.Y., Chen H. // Sep. Purif. Technol. 2011. V. 82. P. 19. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2011.08.006
  30. Marrakchi F., Ahmed M.J., Khanday W.A. et al. // Int. J. Biol. Macromol. 2017. V. 98. P. 233. https://doi.org/10.1016/J.IJBIOMAC.2017.01.119
  31. Novais R.M., Caetano A.P.F., Seabra M.P. et al. // J. Clean. Prod. 2018. V. 197. P. 1137. https://doi.org/10.1016/J.JCLEPRO.2018.06.278
  32. Efimov M.N., Vasilev A.A., Muratov D.G. et al. // J. Environ. Chem. Eng. 2019. V. 7. P. 103514. https://doi.org/10.1016/J.JECE.2019.103514
  33. Yushkin A.A., Efimov M.N., Malakhov A.O. et al. // React. Funct. Polym. 2021. V. 158. P. 104793. https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2020.104793
  34. Юшкин А.А., Ефимов М.Н., Васильев А.А. и др. // Мембраны и мембранные технологии. 2017. Т. 7. С. 125. https://doi.org/10.1134/S2218117217020080
  35. Lee W.H., Bae J.Y., Yushkin A. et al. // J. Memb. Sci. 2020. V. 613. P. 118477. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2020.118477
  36. Sakamoto T., Amano Y., Machida M. // SN Appl. Sci. 2020. V. 2. No 4. P. 702. https://doi.org/10.1007/s42452-020-2465-1
  37. Ruhland K., Frenzel R., Horny R. et al. // Polym. Degrad. Stab. 2017. V. 146. P. 298. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2017.10.018
  38. Rahaman M.S.A., Ismail A.F., Mustafa A. // Polym. Degrad. Stab. 2007. V. 92. P. 1421. https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2007.03.023
  39. Ferrari A.C., Robertson J. // Philos. Trans. R. Soc. London. Ser. A Math. Phys. Eng. Sci. 2004. V. 362. P. 2477. https://doi.org/10.1098/rsta.2004.1452
  40. Vasiliev V.P., Manzhos R.A., Kochergin V.K. et al. // Mater. 2022. V. 15. P. 821. https://doi.org/10.3390/ma15030821

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (58KB)
Indexing metadata
3.

Download (118KB)
Indexing metadata
4.

Download (113KB)
Indexing metadata
5.

Download (1MB)
Indexing metadata
6.

Download (104KB)
Indexing metadata
7.

Download (127KB)
Indexing metadata
8.

Download (411KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 М.Н. Ефимов, Н.А. Жиляева, Д.Г. Муратов, А.А. Васильев, А.А. Юшкин, Г.П. Карпачева

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».