АКТИВОВАНЕ ЛУГОМ ДОВГОПОЛУМЕНЕВЕ ВУГІЛЛЯ. НАНОПОРИСТА СТРУКТУРА ТА ЗДАТНІСТЬ АДСОРБУВАТИ ВАЖКІ МЕТАЛИ - КУЧЕРЕНКО, Володимир; ТАМАРКІНА, Юлія; РЕДЬКО, Анастасія; ФРОЛОВА, Іріна (Проблеми хімії та сталого розвитку, 2025)
Мета. Дослідження реорганізації супрамолекулярної та пористої структури довгополуменевого вугілля з підвищенням температури лужної активації, та оцінка її впливу на адсорбційну активність по відношенню до катіонів свинцю. Методологія. Отримання вуглецевих матеріалів (ВМ) виконували нагріванням імпрегнованого лугом (KOH) вугілля до однієї з температур у межах 350–825°С з ізотермічною витримкою 1 год, охолодженням, відмиванням від лугу та сушінням. Елементний склад визначено аналізатором Carlo Erba 1106. Вміст кислотних функційних груп (КФГ) визначено титруванням по Бему. Просторову структуру ВМ вивчено методом РФА. Характеристики пористості ВМ розраховано за ізотермами низькотемпературної (77 К) адсорбції – десорбції азоту (метод 2D-NLDFT-НS). Адсорбцію катіонів Pb(II) виміряно при 25°С та постійному вмісті ВМ (1 г/л) у водних розчинах.Кінетику адсорбції розраховано моделями псевдо-першого та псевдо-другого порядку. Ізотерми адсорбції апроксимовано моделями Ленгмюра та Фрейндліха.Наукова новизна. Вперше досліджено адсорбційну активність по відношенню до Pb(II) вуглецевих матеріалів, отриманих лужною активацією довгополуменевого вугілля за різних температур при невеликому співвідношенні КОН/вугілля (1 г/г). Знайдено, що адсорбційна рівновага досягається за 2 год, кінетика адсорбції підпорядковується моделі псевдо-другого порядку, а ізотерми адсорбції краще апроксимуються моделлю Ленгмюра. Швидкість адсорбції лімітується взаємодією катіонів з поверхневими адсорбційними центрами, а не дифузією в пористу систему. Визначено, що температура активації є ключовим фактором формування нанопористості ВМ та його здатності адсорбувати катіони Pb(II). З підвищенням температури адсорбційні ємності моношару катіонів, розрахованих з рівняння Ленгмюра, зростають з 0,143 ммоль/г до 0,981 ммоль/г. Встановлено, що основними процесами адсорбції Pb(II) зразками ВМ з довгополуменевого вугілля є реакції іонного обміну (обмін протонів КФГ на Pb(II)) та π-сорбція (взаємодія Pb(II) з π-системою вугільних поліаренів). Показано, що внесок π – сорбції зростає з температурою активації та є домінуючим (87–91%) у матеріалів, отриманих при 800–825°С. Досить висока ємність за Pb(II) цих ВМ дозволяє прогнозувати їх ефективність при очищенні води від інших важких металів.