Кислотный слой в одиночном

Исследователи демонстрируют, что процесс наноудержания анионов усиливается кислотным адсорбционным слоем в углеродных нанотрубках.

Университет Окаямы

изображение: Кислотный адсорбированный слой усиливает наноудержание примесей нитрат-аниона в одностенных углеродных нанотрубках (ОУНТ) благодаря сильному удержанию порой и сильному взаимодействию между слоем и анионом. Когда нитрат-ионы адсорбируются, гидроксид-ионы десорбируются из нанопространства. Таким образом, водный раствор проявляет щелочные свойства.посмотреть больше

Фото: Такахиро Окубо, химический факультет Университета Окаямы, Высшая школа естественных наук и технологий, Университет Окаямы.

Эффективные процессы очистки, отделяющие примеси от воздуха и воды, необходимы для поддержания жизни на Земле. С этой целью углеродные материалы уже давно используются для дезодорации, разделения и удаления вредных анионных примесей путем адсорбции. До сих пор подробный механизм очистки воды углеродом остается загадкой. Кроме того, неизвестно, является ли водный раствор, адсорбированный на углеродном материале, кислым, щелочным или нейтральным. Чтобы устранить эти пробелы, исследователи под руководством доктора Такахиро Окубо, доцента кафедры химии факультета естественных наук и технологий Университета Окаяма, Япония, исследовали фундаментальный механизм, с помощью которого анионы адсорбируются углеродными нанопорами.

В недавней статье, опубликованной в Интернете 16 сентября 2022 года и опубликованной в томе 629, часть B журнала Colloid and Interface Science, исследователи сообщают об использовании инструментов рамановской спектроскопии для изучения адсорбции нитрат-ионов цилиндрическими порами одностенного углерода. нанотрубки (ОУНТ). Доктору Окубо и его коллегам удалось расшифровать механизм образования кислотного слоя возле стенок пор. Оказывается, при проникновении водного раствора, содержащего ионы, в углеродный материал, даже если водный раствор нейтральный, образуется кислый водный слой, содержащий протоны, поддерживающий стабильное состояние. Комментируя новизну и фундаментальность своей работы, доктор Окубо заявляет: «На сегодняшний день не было сообщений, демонстрирующих существование кислотных адсорбционных слоев, образующихся внутри нанотрубок углеродных материалов».

Исследовательская группа, в которую также входил доктор Нобуюки Такэясу, доцент того же факультета Университета Окаяма, обнаружила, что кислотный слой способствует эффективной адсорбции отрицательно заряженных примесей нитрат-анионов, при этом адсорбированное количество нитрат-ионов намного больше, чем это количество. катионов или положительно заряженных групп. Кроме того, гидроксид-ионы генерируются как противоионы. Анионы, присутствующие в объеме раствора, заменяются гидроксид-ионами в ОУНТ, что делает водный раствор щелочным. Команда исследовала адсорбцию анионов с использованием нескольких нитратов щелочных металлов, включая растворы нитрата лития, нитрата натрия, нитрата рубидия и нитрата цезия. Они обнаружили, что ионов нитрата адсорбируется больше, чем ионов металлов. Величина адсорбции протонов была практически одинаковой независимо от типа использованного иона щелочного металла. Доктор Окубо отмечает: «Кислотный слой в поре может сильно адсорбировать нитратные анионы из-за как сильного удержания порой, так и сильного взаимодействия между слоем и анионом».

Полученные результаты действительно являются важным шагом на пути к проектированию и разработке углеродных нанотрубок, пригодных для адсорбции ионов и очистки воды и воздуха. Механизм очистки, изложенный в этом исследовании, представляет собой новую модель, объясняющую щелочность среды водного раствора, которая до сих пор оставалась загадкой. Исследователи отмечают, что результаты их исследования убедительно указывают на необходимость нейтрализации воды перед использованием, когда ионные примеси улавливаются углеродными материалами. Еще одним замечательным вкладом этого исследования является демонстрация того, что интерфейс наноматериалов представляет собой новую область химических реакций, которая может направлять дальнейшие эксперименты. В совокупности эта работа выводит наше понимание механизма адсорбции анионов углеродом на новый уровень, открывая путь новым углеродным нанотрубкам в качестве эффективных очистителей.