1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Расплавы
  4. № 5, 2023

Расплавы, 2023, № 5, стр. 525-539

Исследование методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии восстановительной и адсорбционной способности углеродных наноматериалов по выделению ионов Mn(VII)

В. А. Дорогова a, Л. А. Елшина a, *, В. И. Пряхина b

a Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН
Екатеринбург, Россия

b Уральский федеральный университет им. Б.Н. Ельцина
Екатеринбург, Россия

* E-mail: yolshina@ihte.uran.ru

Поступила в редакцию 02.05.2023
После доработки 19.05.2023
Принята к публикации 28.05.2023

Аннотация

Исследована восстановительная и адсорбционная способность иерархически структурированных углеродных пленок, синтезированных из глюкозы на расплавленном магниевом катализаторе под слоем расплавленных солей и термически восстановленного оксида графена при их взаимодействии с раствором перманганата натрия в нейтральной среде при комнатной температуре. Полученные методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии данные показывают, что весь адсорбированный на поверхности углеродных наноматериалов марганец находится в восстановленном виде – большая часть в виде ионов четырехвалентного марганца, а порядка 20% – в виде ионов трехвалентного марганца, что делает образованные углеродно-оксидные композиты перспективными материалами в качестве катодов химических источников тока. Самую низкую адсорбционную активность продемонстрировал термически восстановленный оксид графена. Иерархически структурированные углеродные пленки позволяют адсорбировать до 100 мас. % исходного марганца в нейтральных средах, что много выше по сравнению со всеми известными коммерческими адсорбентами.

Ключевые слова: расплавленные соли, иерархически структурированная углеродная пленка, термически восстановленный оксид графена, адсорбция, фотоэлектронная спектроскопия

Список литературы

  1. Fu F., Wang Q. Removal of heavy metal ions from wastewaters: a review // J. Environ. Manage. 2011. 92. P. 407–418.

  2. Васильев В.П. Аналитическая химия. М.: Дрофа. 2007.

  3. Guilarte T.R., Gonzales K.K. Manganese-induced Parkinsonism is not idiopathic Parkinson’s disease: environmental and genetic evidence // Toxicol. Sci. 2015. 146. P. 204–212.

  4. Rahman N.A., Wilfred C.D. Removal of Mn(VII) from industrial wastewater by using alginate-poly(vinyl) alcohol as absorbent // IOP Conf. Series: J. Physics: Conf. Series. 2018. 1123. P. 01206.

  5. Chen F., Hong M., You W., Li Ch., Yu Y. Simultaneous efficient adsorption of Pb2+ and ${\text{MnO}}_{4}^{ - }$ ions by MCM-41 functionalized with amine and nitrilotriacetic acid anhydride // Applied Surface Science. 2015. 357. P. 856–865.

  6. Egbosiuba T.C., Abdulkareem A.S., Kovo A.S., Afolabi E.A., Tijani J.O., Roos W.D. Enhanced adsorption of As(V) and Mn(VII) from industrial wastewater using multi-walled carbon nanotubes and carboxylated multi-walled carbon nanotubes // Chemosphere. 2020. 254. P. 126780.

  7. Chen L., Li D., Zheng X., Chen L., Zhang Y., Liang Zh. Integrated nanocomposite of LiMn2O4/ graphene/carbon nanotubes with pseudocapacitive properties as superior cathode for aqueous hybrid capacitors // J. Electroanalytical Chemistry. 2019. 842. P. 74–81.

  8. Prasankumar T., Vigneshwaran J., Bagavathi M., Jose S. Expeditious and eco-friendly synthesis of spinel LiMn2O4 and its potential for fabrication of supercapacitors // J. Alloys and Compounds. 2020. 834. P. 155060.

  9. Kumar N., Rodriguez J.R., Pol V.G., Sen A. Facile synthesis of 2D graphene oxide sheet enveloping ultrafine 1D LiMn2O4 as interconnected framework to enhance cathodic property for Li-ion battery // Applied Surface Science. 2019. 463. P. 132–140.

  10. Yue H.J., Huang X.K., Lv D.Pi., Yang Y. Hydrothermal synthesis of LiMn2O4/C composite as a cathode for rechargeable lithium-ion battery with excellent rate capability // Electrochimica Acta. 2009. 54. P. 5363–5367.

  11. Zhao H., Li Y., Shena D., Yina Q., Ran Q. Significantly enhanced electrochemical properties of LiMn2O4-based composite microspheres embedded with nano-carbon black particles // J. Materials and Technologies. 2020. 9. № 4. P. 7027–7033.

  12. Dorogova V.A., Yolshina L.A. Synthesis of hybrid carbon nanocomposites with potassium spinel KMn2O4 at low temperatures in a neutral medium // Russian Metallurgy. 2022. № 8. P. 919–926.

  13. Abou-Rjeily J., Bezza I., Ait Laziz N., Autret-Lambert C., Tahar Sougrati M., Ghamouss F. High-rate cyclability and stability of LiMn2O4 cathode materials for lithium-ion batteries from low-cost natural β-MnO2 // Energy Storage Materials. 2020. 26. P. 423–432.

  14. Yolshina V.A., Yolshina L.A., Elterman V.A., Vovkotrub E.G., Shatunova A.A., Pryakhina V.I., Khlebnikov N.A., Tarakina N.V. Synthesis of and characterization of freestanding, high-hierarchically structured graphene-nanodiamond films // Materials and Design. 2017. 135. P. 343–352.

  15. Yolshina L.A., Yolshina V.A., Pershina S.V., Pryakhina V.I. Study of thermal stability of hierarchical structured carbon composite flakes // Diamond and Related Materials. 2021. 119. P. 108556.

  16. Pan B., Xiao J., Li J., Liu P., Wang Ch., Yang G. Carbyne with finite length: The one-dimensional sp carbon // Sci. Adv. 2015. 1. P. 1500857.

  17. Taddesse P., Gebrekiros H., Semu G., Duressa M., Chemeda Y.C., Murali N., Vijaya Babu K. Investigation of structural, vibrational spectroscopic and properties study of LiMn2O4 and LiMn1.9Cu0.05Fe0.05O4 cathode materials // Results in Materials. 2021. 12. P. 100224.

  18. Al-Gaashani R., Najjar A., Zakaria Y., Mansour S., Atieh M.A. XPS and structural studies of high quality graphene oxide and reduced graphene oxide prepared by different chemical oxidation methods // Ceramics International. 2019. 45. № 11. P. 14439–14448.

  19. Biesinger M.C., Payne B.P., Grosvenor A.P., Lau L.W.M., Gerson A.R., Smart R.S.C.C. Resolving surface chemical states in XPS analysis of first row transition metals, oxides and hydroxides: Cr, Mn, Fe, Co and Ni // Appl. Surf. Sci. 2011. 257. P. 2717.

  20. Yolshina V.A., Yolshina L.A., Pryakhina V.I. SEM and XPS Study of Cr6+ removal from wastewater via reduction and adsorption by hierarchically structured carbon composite in neutral media // J. Inorganic and Organometallic Polymers and Materials. 2021. 31. № 8. P. 3624–3635.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Расплавы

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал