Исследование физико-химических характеристик модифицированных углеродных сорбентов на основе древесных отходов - Даниил Юрьевич Дворянкин; Инна Геннадьевна Первова; Татьяна Ивановна Маслакова; Ирина Андреевна Клепалова (Сорбционные и хроматографические процессы, 2023)
Использование дисперсной древесины при разработке методов получения на ее основе сорбционных материалов приобретает все большую экономическую целесообразность, однако для решения практических задач требуются материалы с определенной пористой структурой и химией поверхности. В данной статье представлено исследование физико-химических характеристик углеродных сорбентов, полученных модификацией различными методами древесных опилок (ДО) сосны обыкновенной (Pínus sylvéstris). Установлено, что вариации термической модификации (обжиг при температуре 300±10°С в течение 35 минут) и химической обработки раствором 5М азотной кислоты образцов опилок фракции 0.75-2.0 мм способствуют увеличению суммарного объема пор (от 5.787 до 8.648 см3/г) и адсорбционной активности по метиленовому голубому (от 31.2 до 47.6 мг/г). В то же время значения величины набухаемости, насыпной плотности полученных микро- и/или мезопористых углеродных сорбентов несколько ниже значений для нативных древесных опилок. Изменение состава функциональных групп всех образцов отслеживалось методом ИК-Фурье-спектроскопии и потенциометрического титрования по методу Боэма. Выявлено, что термическая модификация древесных отходов путем обжига приводит к увеличению на поверхности общего числа кислородсодержащих групп в 2.3 раза (с 2.3 до 5.33 мг-экв/г). Модификация поверхности исходных и термообработанных древесных опилок методом окисления растворами азотной кислоты при температуре 80°С в течение 5 ч также способствует росту общего количества кислородсодержащих групп более чем в 3 раза, но с увеличением концентрации HNO3 от 0.5М до 5М количество карбоксильных групп снижается с одновременным повышением содержания гидроксильных. Извлечение ионов меди(II) происходит в результате ионного обмена на функциональных группах углеродных сорбентов, причем предельная сорбционная емкость исследуемых образцов ДО зависит от метода их модификации. Сорбция ионов меди(II) исходными древесными опилками описывается наиболее точно моделью Дубинина-Радушкевича, а модифицированными различными методами углеродными сорбентами – моделью Ленгмюра. Показано, что именно химическая модификация нативных и термически обработанных образцов раствором 5М HNO3 позволяет получить сорбенты с наилучшей сорбционной емкостью по отношению к ионам Cu(II).