Нанорозмірні вуглецеві матеріали як адсорбери шкідливих для довкілля неорганічних оксидних сполук

Автор(и)

  • В. В. БОЙКО
  • С. Г. НЕДІЛЬКО
  • В. І. БОРИСЮК
  • Ю. А. ХИЖНИЙ

Анотація

Nanosize carbonaceous materials as adsorbers of inorganic oxides harmful to the environment

V. Boyko, S. Nedilko, V. Borisyuk, Y. Khizhny

 

The interaction between carbon nanotubes (CNT) configurations (3,3) and (5,5) and molecules of two types: linear diatomic molecules of hydrogen halides HX = HF, HCl, HBr and molecular chromatin oxyanions CrO42- was analyzed by the method of theoretical modeling. Such a theoretical forecast is of great practical importance, since it allows us to evaluate the prospects of using carbon nanotubes to remove these molecules from the gaseous medium and thereby purify the environment contaminated with industrial waste.

The calculations were carried out using the Gaussian 03 software package using the density functional theory for the basis sets cc-pVDZ (for chromium and oxygen atoms) and 6-31G * (for the remaining atoms) with the non-local correlation functional B3LYP.

The results of the calculations showed fairly low values of the binding energy between adsorbed HX molecules (X = F, Cl, Br) and unalloyed CNT, in the range from -0.07 to -0.2 eV, while boron doping makes it possible to strengthen the bond to values of 2.13 eV ( the BHT system (3,3) -B-HBr).

Investigation of the interaction of the molecular anion CrO42- with CNTs of both types has shown that doping with boron does not promote the adsorption of molecules. The influence of nitrogen impurities, on the other hand, is positive and leads to an increase in the binding energy (on average by -3.6 eV) in comparison with undoped systems of BHT-CrO42-.

The data obtained help to understand the mechanisms of adsorption of molecules by the surface of carbon nanotubes and indicate the possibility of practical use of the latter for the purification of materials and industrial wastes from harmful contaminants such as hydrogen halides and compounds containing hexavalent chromium.

Посилання

Bai, L., & Zhou, Z. (2007). Computational study of B-or N-doped single-walled carbon nanotubes as NH3 and NO2 sensors. Carbon, 45 (10), 2105–2110.

An, W., & Turner, C. H. (2009). Electronic structure calculations of gas adsorption on boron-doped carbon nanotubes sensitized with tungsten. Chemical Physics Letters, 482 (4–6), 274–280.

Wexler, P., Anderson, B., Peyster, A., Gad, S.C., Hakkinen, P.J. B., Kamrin, M., Locey, B., Mehendale, H. M., Pope, C., Shugart, L. (2005). Encyclopedia of Toxicology, 2nd ed., Oxford, United Kingdom: Academic Press.

Karama, J. P. B., Bere, A., Lemonon, J., Daho, T., Dissa, A., Rogaume, Y., &Koulidiati, J. (2013). Modeling the emission of hydrogen chloride and free chlorine from the thermal treatment of polyvinyl chloride-(PVC-) based plastic materials. Journal of analytical and applied pyrolysis, 101, 209–214.

Gupta, V. K., Moradi, O., Tyagi, I., Agarwal, S., Sadegh, H, Shahryari-Ghoshekandi, R, et al. Study on theremoval of heavy metal ions from industry waste by carbon nanotubes: Effect of the surfacemodification: a review. Crit Rev Environ Sci Technol. 2016; 46:93–118.

Jung, C., Heo, J., Han, J., Her, N., Lee, S-J, Oh, J., et al. Hexavalent chromium removal by variousadsorbents: Powdered activated carbon, chitosan, and single/multi-walled carbon nanotubes. Sep. Purif. Technol. 2013; 106:63–71.

Hizhnyi, Y., Nedilko, S., Borysiuk, V., &Shyichuk, A. (2017). Ab Initio Computational Study of Chromate Molecular Anion Adsorption on the Surfaces of Pristine and B-or N-Doped Carbon Nanotubes and Graphene. Nanoscalere search letters, 12 (1), 71.

Gaussian 03 / M. J. Frisch [et al.], Wallingford, CT: Gaussian, Inc., 2003.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-09-10

Номер

№ 283 (2018)

Розділ

Статті

Ліцензія

Стосунки між правовласниками і користувачами регулюються на умовах ліцензії Creative Commons Із Зазначенням Авторства – Некомерційна – Поширення На Тих Самих Умовах 4.0 Міжнародна (CC BY-NC-SA 4.0):https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.uk

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  • Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  • Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див.The Effect of Open Access).