Synthesis of mineral-carbon sorbents with carbon nanostructures and study of their properties

Abstract

Были получены и охарактеризованы новые композитные адсорбенты, включающие кремнеземные носители (кремнезем, аэросилогель и диатомит) и углеродные материалы (многослойные углеродные нанотрубки и пиролитический углерод) . Аналитические возможности полученных сорбентов оценивались по их эффективности в экспресс-предварительной концентрации летучих органических соединений (бутанола и фенолов) из воздушного потока. Полученные поверхностно-слоистые адсорбенты, содержащие многослойные углеродные нанотрубки, помещенные на поверхность аэросилогеля методом осаждения из паровой фазы углерода с предварительной загрузкой наноструктуры кобальта в качестве катализатора были признаны значительно более эффективными, чем традиционно используемые графитовые адсорбенты на основе углерода Карбопака Х. Кроме того, был получен новый адсорбент, состоящий из диатомитового носителя порохрома-3, покрытого слоем пироуглерода. Этот композитный адсорбент с низкой площадью поверхности позволил как количественно предварительно концентрировать фенол и изомерные крезолы из воздуха, так и их термическую десорбцию. Разработанные адсорбенты обеспечивали быструю предварительную концентрацию выбранных фенолов с коэффициентом концентрации 2 × 103 за 5 мин и использовались для газохроматографическое определение аналитов в воздухе при низких концентрациях, начиная с нескольких мкг/м3, с помощью пламенно-ионизационного детектора.

New composite adsorbents including silica supports (silica, aerosilogel, and diatomite) and carbon materials (multiwall carbon nanotubes and pyrolytic carbon) have been prepared and characterized. The analytical capabilities of the produced sorbents have been evaluated by their efficiency in the express pre-concentration of volatile organic compounds (butanol and phenols) from the air stream. The prepared surface-layered adsorbents containing multiwall carbon nanotubes placed onto the surface of aerosilogel by use of the carbon vapor deposition method with preloading cobalt nanostructures as a catalyst were found significantly more efficient than traditionally used graphitic carbon-based adsorbents Carbopacks B, C, and X. Additionally, a new adsorbent composed of diatomite Porochrome-3 support coated with a pyrocarbon layer was prepared. This low surface area composited adsorbent allowed both quantitative pre-concentration of phenol and isomeric cresols from the air and their thermal desorption. The developed adsorbents provided fast preconcentration of selected phenols with a concentration factor of 2 × 103 in 5 min and were used for gas chromatographic determination of analytes in the air at low concentration levels starting from several µg/m3 with a flame ionization detector.