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팜유를 녹색 전구체로 활용한 자성나노카본을 전자레인지를 통해 합성

Jan 24, 2024

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 18698(2022) 이 기사 인용

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마이크로파를 조사한 금속의 존재는 금속에 쉽게 불이 붙기 때문에 항상 논란의 여지가 있는 주장을 불러일으켰습니다. 그러나 흥미롭게도 연구자들은 아크 방전 현상이 분자 균열을 통해 나노물질을 합성하는 유망한 방법을 제공한다는 사실을 발견했습니다. 이 연구는 팜유 부문의 새로운 대안으로 간주될 수 있는 원유 팜유를 자성 나노탄소(MNC)로 변환할 때 마이크로파 가열과 아크를 결합하는 단일 단계이지만 저렴한 합성 접근 방식을 개발했습니다. 여기에는 일정한 코일형 스테인레스 스틸 금속 와이어(유전체 매체) 및 페로센(촉매)을 사용하여 부분적인 불활성 조건에서 매체를 합성하는 작업이 포함됩니다. 이 접근 방식은 다양한 합성 시간(10~20분)으로 190.9~472.0°C 범위의 온도에서 가열하는 것을 성공적으로 보여줍니다. 제작된 MNC는 평균 크기 20.38~31.04 nm, 메조다공성 구조(SBET: 14.83~151.95 m2/g), 높은 고정탄소 함량(52.79~71.24wt%), D와 D의 비율을 갖는 구형의 형성을 보여줍니다. G 밴드(ID/IG)는 0.98~0.99입니다. FTIR 스펙트럼(522.29~588.48 cm−1)에서 새로운 피크의 형성은 페로센에서 FeO 화합물이 나타나는 것을 뒷받침합니다. 자력계는 강자성 물질에서 높은 자화 포화도(22.32–26.84 emu/g)를 보여줍니다. 폐수 처리에 MNC를 적용하는 것은 5~20ppm 사이의 다양한 농도에서 메틸렌 블루(MB) 흡착 테스트를 통해 흡착 성능을 평가함으로써 입증되었습니다. 합성 시간(20분)에 생성된 MNC는 MB 염료 제거율이 87.79%로 다른 제품에 비해 가장 높은 흡착 효율(10.36 mg/g)을 나타냅니다. 결과적으로 Langmuir의 값은 Freundlich에 비해 유망하지 않습니다. R2는 각각 10분(MNC10), 15분(MNC15) 및 20분(MNC20)에 합성된 MNC의 경우 약 0.80, 0.98 및 0.99입니다. 따라서 흡착 시스템은 불균일한 상태에 있습니다. 마이크로파 보조 아킹은 CPO를 위험한 염료를 제거할 수 있는 MNC로 변환하는 유망한 접근 방식을 제시합니다.

마이크로파 조사는 전자기장의 분자 상호작용을 통해 재료의 가장 내부를 가열할 수 있습니다1. 이 마이크로파 반응은 빠르고 균일한 열 반응을 촉진한다는 점에서 독특합니다. 결과적으로 가열 과정이 가속화되고 화학 반응이 향상될 수 있습니다2. 동시에, 마이크로파 반응은 더 짧은 반응 시간으로 인해 고순도 및 수율 제품으로 끝날 수 있습니다3,4. 매혹적인 특성으로 인해 마이크로파 조사는 화학 반응 및 나노재료 합성5,6을 포함한 많은 연구에 사용되는 흥미로운 마이크로파 보조 합성을 촉진합니다. 가열 과정에서 매질 내부 수용체의 유전 특성은 나노카본의 다양한 형태와 특성을 생성할 수 있는 매질 내 핫스팟을 발생시키기 때문에 필수적인 역할을 합니다7. Omoriyekomwan 등의 연구. 활성탄과 질소 흐름을 통해 야자핵에서 중공 탄소 나노섬유를 생산했습니다8. 그 외에도 Foo와 Hameed는 350W9의 전자레인지 내부에서 야자유 섬유로부터 활성탄을 생성하는 촉매의 사용을 결정했습니다. 따라서 적절한 수용체를 도입함으로써 조야자유를 MNC로 전환하는 유사한 방법을 제공하는 것이 가능합니다.

마이크로파 조사와 날카로운 모서리, 팁 또는 미세한 불규칙성이 있는 금속 사이에서 흥미로운 현상이 관찰되었습니다10. 두 엔터티 모두 존재하면 전기 아크 또는 스파크(일반적으로 아크 방전이라고 함)가 발생합니다11,12. 아크는 더 많은 국지적 핫스팟의 형성을 지원하고 반응에 영향을 미쳐 매체의 화학적 조성을 향상시킵니다13. 이 특별하면서도 흥미로운 현상은 오염 물질 제거14,15, 바이오매스 타르 분해16, 마이크로파 보조 열분해17,18 및 재료 합성19,20,21과 같은 다양한 연구를 불러일으켰습니다.

Several investigators have demonstrated that high-quality nanocarbon can be obtained using crude palm oil palm33,34. Palm oil, scientifically known as Elais Guneensis, is recognized as one of the essential edible oils contributing around 76.55 million metric tonnes of production in 2021 (2021)." href="/articles/s41598-022-21982-y#ref-CR35" id="ref-link-section-d54337668e540"35. The crude palm oil or CPO contained a balanced ratio of unsaturated fatty acids (UFA) and saturated fatty acids (SFA). Most of the hydrocarbon in the CPO is a triglyceride, a glycerol ester consisting of three triglyceride acetous contents and one glycerol content36. These hydrocarbons could be summed up into huge carbon content, becoming a potential green precursor in producing nanocarbon37. Based on the literature, CNTs37,38,39,40, carbon nanospheres33,41, and graphene34,42,43 are commonly synthesized using crude palm oil or cooking grade oil. These nanocarbons have great potential in various applications, from power generation to purification or remediation of water pollution./p> MNC10 > MNC20. The magnetic parameters obtained are tabulated in Table 2./p>

The proposed mechanism of MNC formation is shown in Supplementary Fig. 7. The long carbon chain of CPO and the ferrocene starts to crack at high temperatures. The oil decomposed, forming cracked hydrocarbons that become the precursors of carbon nuclei, referred to as some small spheres inside the FESEM images in MNC1070. Due to the energy surrounding and pressure at atmospheric conditions3.0.CO;2-J " href="/articles/s41598-022-21982-y#ref-CR71" id="ref-link-section-d54337668e1534"71. Meanwhile, the ferrocene also exhibits cracking, forming catalysts for the carbon atoms deposited on the Fe. Then, fast nucleation occurs, and the carbon nuclei oxidize, forming amorphous and graphitic carbon layers on top of the nuclei. As time increases, the sizes of the spheres become more precise and more uniform. Simultaneously, the existing Van der Waals forces also lead to the agglomerated collection of spheres52. As the Fe ions are reduced into Fe3O4 and ɣ-Fe2O3 as identified in XRD analysis, different types of iron oxide form onto the nanocarbon's surface, forming magnetic nanocarbons. The EDS mapping shows that the Fe atoms are distributed firmly on the surface of the MNC, as seen in Supplementary Fig. 5a–c./p> MNC15 > MNC10; with average values of 10.36 mg/g, 6.85 mg/g, and 0.71 mg/g; and average values of MB removal of 87.79%, 62.26%, and 5.75%, respectively. Therefore, by considering adsorptive capacity and the UV–Vis spectra, MNC20 shows the best adsorption properties among the synthesized magnetic nanocarbons. Although the adsorption capacity is lower compared to other magnetic nanocarbon such as magnetic MWCNT composite (11.86 mg/g) and halloysite nanotube-Fe3O4 magnetic nanoparticle (18.44 mg/g), this study does not require additional usage of harsh chemicals as the catalyst, provide clean and feasible synthesis method73,74./p> 0.90) to the Langmuir model, indicating that the adsorption behaviour was better discussed and described by the Freundlich isotherm. Hence, it verified that the existing system is heterogeneous. These situations are related to the presents of different chemical and structural properties on the surfaces of carbon spheres. The heterogeneity factor, or nF, can be used to indicate whether the adsorption is favourable to linear (nF = 1), chemical process (nF < 1), or whether the physical process (nF < 1)78. Meanwhile, 1/nF < 1 indicates normal adsorption, and 1/nF > 1 indicates cooperative adsorption79. Generally, the MNC shows nF > 1 and 1/nF, which summarized that the adsorption of MB is favourable for the physical process and normal adsorption78,80./p> MNC15 > MNC10, indicating the interactions between MNC20 and Methylene Blue were the highest, while MNC10 and Methylene Blue were the lowest. But due to the negative values from the Langmuir parameter, qmax and low value of RL shows that the Langmuir isotherm model does not favorably describe the adsorption of the MNC produced. All isotherm parameters for both isotherms are presented in Table 3, having the R2 values of the Freundlich isotherm greater than those from the Langmuir model for all MNCs. Thus, it defines that the Freundlich isotherm is suitable for describing the adsorption equilibrium of MB onto MNC./p>

(2021)./p>

Xia Y, Gates B, Yin Y, Lu Y (2000) Monodispersed colloidal spheres: Old materials with new applications. Adv. Mater. 12:693–713. 3.0.CO;2-J"https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-4095(200005)12:10<693::AID-ADMA693>3.0.CO;2-J/p>

3.0.CO;2-J" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F%28SICI%291521-4095%28200005%2912%3A10%3C693%3A%3AAID-ADMA693%3E3.0.CO%3B2-J" aria-label="Article reference 71" data-doi="10.1002/(SICI)1521-4095(200005)12:103.0.CO;2-J"Article CAS Google Scholar /p>