vestichИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Chemical Series1561-83312524-2342The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8331-2025-61-1-56-64vestich-938Research ArticleКОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯCOLLOIDAL CHEMISTRYПолучение активированных углей из различных видов целлюлозосодержащего сырья с использованием ортофоcфорной кислотыProduction of activated carbons from different types of cellulose-containing raw materials using orthophosphoric acidhttps://orcid.org/0000-0002-5977-4022ЛишайА. В.LishaiN. V.

Лишай Анастасия Викторовна – старший преподаватель

ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Lishai Nastassia V. – Senior Lecturer

14, Leningradskaya Str., 220006, Minsk

nastassia.lishai@gmail.comЛиМэнвэйLiMengwei

Мэнвей Ли – аспирант

ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Mengwei Li – Postgraduate Student

14, Leningradskaya Str., 220006, Minsk

limengwei107@gmail.comМамаевА. В.MamaevA. V.

Мамаев Андрей Владимирович – студент

ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Mamaev Andrey V. – Student

14, Leningradskaya Str., 220006, Minsk

mamaev_a06@mail.ruМелеховецН. А.MelekhovetsN. A.

Мелеховец Наталья Анатольевна – младший научный сотрудник

ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Melekhovets Natallia A. – Junior Researcher

14, Leningradskaya Str., 220006, Minsk

melekhovets.na@gmail.comКузнецоваТ. Ф.KuznetsovaT. F.

Кузнецова Татьяна Федоровна – кандидат химических наук, доцент, заведующий лабораторией

ул. Сурганова, 9/1, 220072, Минск

Kuznetsova Tatsiana F. – Ph. D. (Chemistry), Associate Professor, Head of the Laboratory

9/1, Surganov Str., 220072, Minsk

kouzn@igic.bas-net.byЦыганковаН. Г.TsyhankovaN. G.

Цыганкова Надежда Георгиевна – кандидат  химических наук, ведущий научный сотрудник

ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Tsyhankova Nadzeia G. – Ph. D. (Chemistry),  Leading Researcher

14, Leningradskaya Str., 220006, Minsk

ngtsyg@mail.ruСавицкаяТ. А.SavitskayaT. A.

Савицкая Татьяна Александровна – доктор химических наук, профессор, профессор кафедры

ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Savitskaya Tatsiana A. – D. Sc. (Chemistry), Professor, Professor of the Department

14, Leningradskaya Str., 220006, Minsk

savitskayaTA@bsu.byГриншпанД. Д.HrynshpanD. D.

Гриншпан Дмитрий Давидович – доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией

ул. Ленинградская, 14, 220006, Минск

Hrynshpan Dzmitry D. – D. Sc. (Chemistry), Professor, Head of the Laboratory

14, Leningradskaya Str., 220006, Minsk

grinshpan@bsu.byБелорусский государственный университетBelarusian State UniversityБелорусский государственный университет; Национальный детский технопаркNational Children’s TechnoparkНаучно-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного университетаResearch Institute for Physical Chemical Problems of Belarusian State UniversityИнститут общей и неорганической химии Национальной академии наук БеларусиInstitute of General and Inorganic Chemistry National Academy of Sciences of Belarus2025270220256115664Copyright © Лишай А.В., Ли М., Мамаев А.В., Мелеховец Н.А., Кузнецова Т.Ф., Цыганкова Н.Г., Савицкая Т.А., Гриншпан Д.Д., 20252025Лишай А.В., Ли М., Мамаев А.В., Мелеховец Н.А., Кузнецова Т.Ф., Цыганкова Н.Г., Савицкая Т.А., Гриншпан Д.Д.Lishai N.V., Li M., Mamaev A.V., Melekhovets N.A., Kuznetsova T.F., Tsyhankova N.G., Savitskaya T.A., Hrynshpan D.D.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestichem.belnauka.by/jour/article/view/938

Исследована термохимическая деструкция различных целлюлозосодержащих растительных материалов: сосновые кора и опилки, льняная пакля и солома злаковых. Определены условия получения из них активированных углей с использованием ортофосфорной кислоты в качестве активатора. Установлено, что концентрация ортофосфорной кислоты 68 % является наиболее оптимальной для получения активированных углей из растительных материалов методом термохимической активации. Показано, что при одинаковых условиях проведения термохимического синтеза характеристики активированных углей определяются химическим составом исходного сырья. По данным низкотемпературной адсорбции-десорбции азота установлено, что все полученные активированные угли имеют высокую удельную поверхность (1 290–1 380 м2/г) и при этом содержат не менее 70 % мезопор с размерами более 2 нм и адсорбционную способность относительно метиленового голубого 420–610 мг/г. Полученные результаты позволяют сделать вывод, что метод термохимической активации растительных материалов ортофосфорной кислотой позволяет получать мезопористые угли, которые по существу являются новыми сорбентами, проявляющими высокую эффективность в процессах адсорбции.

Currently, the search for relatively inexpensive raw materials from renewable plant resources to obtain activated carbons based on them remains relevant. The thermochemical destruction of various cellulose-containing plant materials has been studied: pine bark and sawdust, flax tow and cereal straw. The conditions for obtaining activated carbons from them using orthophosphoric acid as an activator have been determined. 68 % concentration of the orthophosphoric acid has been established to be the most optimal for obtaining activated carbons from plant materials by thermochemical activation. It has been shown that under the same conditions of thermochemical synthesis, the characteristics of activated carbons are determined by the chemical composition of the feedstock. According to low-temperature nitrogen adsorptiondesorption data, all the obtained activated carbons have a high specific surface area (1 290–1 380 m2/g) and at the same time contain at least 70 % mesopores with sizes greater than 2 nm and the adsorption capacity relative to methylene blue of 420–610 mg/g. The results obtained allow us to conclude that the method of thermochemical activation of plant materials by orthophosphoric acid makes it possible to obtain mesoporous carbons, which are essentially new sorbents exhibiting high efficiency in adsorption processes.

кора и опилки сосныпакля льнасолома злаковыхортофосфорная кислотатермохимическая активацияактивированный угольадсорбцияpine bark and sawdustflax towcereal strawphosphoric acidthermochemical activationactivated carbonadsorptionReferencesChemical and physical activation of olive-mill waste water to produce activated carbons / C. Moreno-Castilla, F. Carrasco-Marıń , M. López-Ramón, M. Alvarez-Merino // Carbon. – 2001. – Vol. 39, № 9. – P. 1415–1420. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(00)00268-2Moreno-Castilla C., Carrasco-Marıń F., López-Ramón M., Alvarez-Merino M. Chemical and physical activation of olive-mill waste water to produce activated carbons. Carbon, 2001, vol. 39, no. 9, pp. 1415–1420. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(00)00268-2Sütcü, H. Production and characterization of activated carbons from Rhododendron ponticum L. by physical and chemical activation / H. Sütcü // Biomass Conversion and Biorefinery. – 2021. – № 11. – P. 1335–1341. https://doi.org/10.1007/s13399-019-00485-3Sütcü H. Production and characterization of activated carbons from Rhododendron ponticum L. by physical and chemical activation. Biomass Conversion and Biorefinery, 2021, no. 11, pp. 1335–1341. https://doi.org/10.1007/s13399-019-00485-3Suhas, Carrott P.J.M. Lignin – from natural adsorbent to activated carbon: A review Lignin / P.J.M. C1arrott Suhas, Carrott M.M.L. Ribeiro // Bioresource Technology. – 2007. – Vol. 98, № 12. – P. 230–2312. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2006.08.008Suhas Carrott P. J. M., Ribeiro Carrott M. M. L. Lignin – from natural adsorbent to activated carbon: A review. Bioresource Technology, 2007, vol. 98, no. 12, pp. 2301–2312. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2006.08.008Hu, Z. Preparation of mesoporous high-surface-area activated carbon / Z. Hu, M. P. Srinivasan, Y. Ni // Advanced Materials. – 2000. – Vol. 12, № 1. – P. 62–65. https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-4095(200001)12:13.0.CO;2-BHu Z., Srinivasan M. P., Ni Y. Preparation of mesoporous high-surface-area activated carbon. Advanced Materials, 2000, vol. 12, no. 1, pp. 62–65. https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-4095(200001)12:13.0.CO;2-BАдсорбция метиленового голубого энтеросорбентами различной природы / А. В. Лишай [и др.] // Журнал Белорусского государственного университета. Химия. – 2021. – № 1. – C. 58–74.Lishai A. V., Savitskaya T. A., Tsygankova N. G., Grinshpan D. D., Chen D. Research of the adsorption of a methylene blue enterosorbents of various nature. Zhurnal belorusskogo gosudarstvennogo universiteta. Himiya = Journal of the Belarusian State University. Chemistry, 2021, no. 1, pp. 58–74 (in Russian). https://doi.org/10.33581/2520-257x-2021-1-58-74Дейнеко И. Н. Исследование химического состава коры сосны / И. Н. Дейнеко, И. В. Дейнеко, Л. П. Белов // Химия растительного сырья. – 2007. – № 1. – С. 19–24.Deineko I. N., Deineko I. V., Belov L. P. The study of the chemical composition of pine bark. Chemistry of Plant Raw Materials. Khimija rastitel’nogo syr’ja = Chemistry of plant raw material, 2007, no.1, pp. 19–24 (in Russian).Карпунин, И. И. Химия льна и перспективные технологии его углубленной переработки / И. И. Карпунин, И. А. Голуб, П. П. Казакевич. – Минск: Беларус. навука, 2013. – 96 с.Karpunin I. I., Golub I. A., Kazakevich P. P. Chemistry of flax and promising technologies for its advanced processing. Minsk, Belaruskaya navuka Publ., 2013. 96 p. (in Russian).Лоскутов, С. Р. Термический анализ древесины основных лесообразующих пород средней Сибири / С. Р. Лоскутов, О. А. Шапченкова, А. А. Анискина // Сибирский лесной журнал. – 2015. –№ 6. – С. 17–30.Loskutov S. R., Shapchenkova O. A., Aniskina A. A. Thermal analysis of wood of the main tree species of Central Siberia. Sibirskii Lesnoi Zhurnal = Siberian Journal of Forest Science, 2015, no. 6, pp. 17–30 (in Russian).Guo Y. Physical and chemical properties of carbons synthesized from xylan, cellulose and Kraft lignin by H3PO4 activation / Y. Guo, D. Rockstraw // Carbon. – 2006. – Vol. 44, № 8. – P. 1464–1475. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2005.12.002Guo Y., Rockstraw D. Physical and chemical properties of carbons synthesized from xylan, cellulose and Kraft lignin by H3PO4 activation. Carbon, 2006, vol. 44, no. 8, pp. 1464–1475. https://doi.org/10.1016/j.carbon.2005.12.002Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report) / M. Thommes [et al.] // Pure and Applied Chemistry. – 2015. – Vol. 87, № 9–10. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117Thommes M., Kaneko K., Neimark A. V., Olivie J. P., Rodriguez-Reinoso F., Rouquerol J., Sing K. S. W. Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry, 2015, vol. 87, no. 9–10. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117

The authors declare that there are no conflicts of interest present.