Діюк Віталій Євгенович2025-02-062025-02-062024Діюк В. Фізико-хімічні властивості активованого вугілля, модифікованого 2-фенілпропеном. Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка. Хімія. 2024. Вип. 1(59). С. 59-65.https://doi.org/10.17721/1728-2209.2024.1(59).10https://ir.library.knu.ua/handle/15071834/5791Introduction. Application of porous carbon materials in various adsorption-catalytic and electrochemical processes requires optimization of their structural-sorption parameters and chemical properties of the surface layer. Modification of the surface of carbon materials with heteroatoms allows to significantly change its acid-base and hydrophilic-hydrophobic properties, which significantly expands the limits of application. A promising method of increasing the reactivity of the surface of carbon materials is the preparation of precursor materials that contain highly specific centers capable of further modification and preservation of the developed porous structure. This work is devoted to the study of the functionalization of the carbon surface with 2-phenylpropene (РhP) and to the study of its physicochemical properties and reactivity. Methods. Activated carbon was modified with 2-phenylpropene followed by its (oligo)polymerization and sulfonated with oleum. The surface morphology of the samples was studied by scanning electron microscopy (SEM), the specific surface area and the total pore volume were determined by the method of low-temperature nitrogen adsorption-desorption. The concentration of surface acid centers was determined by the titrimetric method. The thermal stability of the surface layer and the content of applied РhP in the modified samples were investigated by thermogravimetric analysis (TGA). The mechanisms of decomposition of the surface layer of the modified samples were studied by the method of thermoprogrammed desorption mass spectrometry (TPD-MS). The catalytic activity of the samples was studied in the model reaction of gas-phase dehydration of propan-2-ol. Results. Modification of activated carbon with 2-phenylpropene, followed by its (oligo)polymerization, is an effective method of increasing the concentration of active surface centers. This method allows introducing up to 0.77 mmol/g of thermally stable forms of РhP, capable of further sulfonation, into the surface layer of activated carbon. Studies of nitrogen adsorption-desorption demonstrate moderate changes in the specific surface area and porosity of activated carbon with the preservation of significant adsorption capacity. The methods of thermogravimetric analysis and thermoprogrammed desorption proved the high thermal stability of applied forms of 2-phenylpropene in the temperature range of 30–230 °С. Sulfated samples contain up to 0.72 mmol/g of strongly acidic SO3H groups and can be used as heterogeneous acid-base catalysts. Conclusions. Modification of activated carbon activated carbon with 2-phenylpropene followed by its (oligo)polymerization is an effective method of increasing the concentration of active surface centers and obtaining heterogeneous acid-base catalysts containing up to 0.72 mmol/g of strongly acidic SO3H groups.В с т у п. Використання пористих вуглецевих матеріалів у різноманітних адсорбційно-каталітичних і електрохімічних процесах потребує оптимізації їхніх структурно-сорбційних параметрів та хімічних властивостей поверхневого шару. Модифікування поверхні вуглецевих матеріалів гетероатомами дозволяє суттєво змінювати її кислотно-основні та гідрофільно-гідрофобні властивості, що значно розширює межі застосування. Одержання матеріалів-прекурсорів, які містять високоспецифічні центри, здатні до подальшого модифікування зі збереженням розвиненої пористої структури, є перспективним методом збільшення реакційної здатності поверхні вуглецевих матеріалів. Дана робота присвячена вивченню функціоналізації вуглецевої поверхні 2-фенілпропеном та дослідженню її фізико-хімічних властивостей і реакційної здатності. М е т о д и. Кісточкове активоване вугілля (КАВ) модифікували 2-фенілпропеном (ФП) з подальшою його (оліго)полімеризацією і сульфували олеумом. Морфологію поверхні зразків вивчали методом скануючої електронної мікроскопії (СЕМ), питому поверхню і сумарний об'єм пор визначали методом низькотемпературної адсорбції-десорбції азоту. Концентрацію поверхневих кислотних центрів визначали титриметричним методом. Термічну стійкість поверхневого шару та вміст нанесеного ФП у модифікованих зразках досліджували методом термогравіметричного аналізу (ТГА). Механізми розкладання поверхневого шару модифікованих зразків вивчали методом термопрограмованої десорбційної мас-спектрометрії (ТПД-МС). Каталітичну активність зразків досліджували в модельній реакції газофазної дегідратації пропан-2-олу. Р е з у л ь т а т и. Модифікування активованого вугілля КАВ 2-фенілпропеном з подальшою його (оліго)полімеризацією є ефективним методом збільшення концентрації активних центрів поверхні. Даний метод дозволяє ввести у поверхневий шар КАВ до 0,77 ммоль/г термічно стійких форм ФП, здатних до подальшого сульфування. Дослідження адсорбції-десорбції азоту демонструють помірні зміни у питомій поверхні і пористості КАВ із збереженням значної адсорбційної здатності. Методами термогравіметричного аналізу і термопрограмованої десорбції доведено високу термічну стійкість нанесених форм 2-фенілпропену у температурному інтервалі 30–230 °С. Сульфовані зразки містять до 0,72 ммоль/г сильнокислотних SO3H груп і можуть використовуватися як гетерогенні кислотно-основні каталізатори. В и с н о в к и. Модифікування активованого вугілля 2-фенілпропеном з подальшою його (оліго)полімеризацією є ефективним методом збільшення концентрації активних центрів поверхні і одержання гетерогенних кислотно-основних каталізаторів, які містять до 0,72 ммоль/г сильнокислотних SO3H груп.ukактивоване вугіллямодифікування поверхнітермогравіметричний аналізкислотно-основні каталізаториactivated carbonsurface modificationthermogravimetric analysisacid-base catalystsСтаття