Гребельна Ю. В. Синтез та дослідження вуглець-вуглецевих нанокомпозиційних матеріалів на основі терморозширеного графіту та вуглецевих нанотрубок

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0824U003079

Облікова картка дисертації

0824U003079.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 102 - Хімія

22-10-2024

Спеціалізована вчена рада

ДФ 26.210.6866

Інститут хімії поверхні ім. О. О. Чуйка Національної академії наук України

Анотація

Дисертаційна робота присвячена розробці методів синтезу: терморозширеного графіту (ТРГ) високої чистоти (вміст вуглецю більше 99,75% мас.) із флотаційно збагаченого графіту (вміст вуглецю 94% мас.), композиційних систем ТРГ-вуглецеві нанотрубки (ТРГ–ВНТ) на основі в’яжучого (водного розчину акрилового сополімеру з ПАР етоксилату ізодецилового спирту) і без в’яжучих речовин, окисним модифікуванням ВНТ й інтеркалюванням природного графіту концентрованою сульфатною кислотою; неперервного синтезу наночастинок графену (НЧГ) та композицій НЧГ-ВНТ анодним окисненням фольги ТРГ та системи ТРГ-ВНТ без в’яжучого в слабо лужному електроліті в регульованих режимах, для суттєвого здешевлення процесу одержання ефективних зносостійких ущільнюючих матеріалів із високочистого ТРГ, стійких суспензій НЧГ і НЧГ- ВНТ, як ефективних наповнювачів полімерних матеріалів, основи високо теплопровідних плівок, їх оптимізації за складом і вмістом, з’ясуванню природи взаємодії частково окиснених графенових площин між собою та очищаючими реагентами. Експериментально показано, що об’єднання в один процес синтезу окисненого графіту (інтеркалювання графіту анодною обробкою в концентрованій сульфатній кислоті або розчином біхромату калію в концентрованій сульфатній кислоті, з подальшим гідролізом), і хімічну очистку з використанням як очищаючих реагентів розчинів біфториду амонію в сульфатній кислоті та трилону Б в лужному буфері, дозволяє одержати терморозширений графіт високої чистоти, з вмістом вуглецю більше 99,75% мас. Методами рентгенофазового аналізу та термогравіметрії показано, що взаємодія окисненого графіту (залишкової сполуки інтеркалювання графіту сульфатною кислотою) з очищаючими реагентами не зменшує здатність до розширення. Величина втрати маси окисненого графіту за різними варіантами хімічної доочистки й температурний інтервал такої втрати залишаються практично незмінними. Введення пружної компоненти ВНТ до складу композиційного матеріалу ТРГ–ВНТ як з використанням в’яжучого (дисперсія ВНТ у водному розчині акрилового сополімеру з етоксилатом ізодецилового спирту, так званого «клею постійної липкості», відповідно до технологічного регламенту виробництва набивки), так і спільним окисненням природного графіту з ВНТ анодною обробкою або хімічним окисненням розчином біхромату калію в концентрованій сульфатній кислоті в кількостях від 0,1 до 1,0 % мас. збільшує механічні характеристики, а саме відновлюваність на 18-38 %, а з урахуванням зменшення зносу збільшує терміни експлуатації ущільнень майже вдвічі. Розроблено спосіб електрохімічного синтезу наночастинок графену або композицій НЧГ-ВНТ, що включає переміщення керованим механічним при- строєм зі швидкістю 0,5 – 3,0 см/годину стрічки із армованої скляним волокном фольги ТРГ або фольги ВНТ–НЧГ, яка є анодом, через ванну з розчином електроліту (калій гідроксиду), розділеною мембраною на анодний та катодний простір, з напруженістю електричного поля 2 – 30 В/см, електролітичне розшарування графітової стрічки. Швидкість руху розчину електроліту калій гідроксиду регулюють, контролюючи оптичну густину суспензії НЧГ або НЧГ–ВНТ, що утворюється. Спосіб дозволяє реалізувати дворівневу систему керування розмірами (товщина та площа) НЧГ або НЧГ–ВНТ з використанням в якості прекурсору щільних матеріалів з ТРГ або ТРГ–ВНТ (з параметрами структури, які регулюються) та анодного окиснення з мембранною сепарацією, управлінням режимами процесу (концентрація, швидкість, густина струму, час). Методами квантовохімічних розрахунків проведених за допомогою програми GAMESS (US) методом теорії функціонала густини (DFT) з функціоналом B3LYP і базисним набором 6-31G(d,p) з врахуванням дисперсійної поправки Грімме - D3 в межах поляризаційного континууму РСМ були з’ясовані деякі геометричні та енергетичні параметри об'єктів, що розглядалися. Ключові слова: сполуки інтеркалювання графіту, терморозширений графіт, термогравіметрія, рентгенівська дифракція, відновлюваність, наночастки графену, метод функціоналу густини, кластерне наближення.

Читати повністю

Публікації

Yu . V . Hrebelna , E . M . Demianenk o , M . I . Terets , V V . Lobanov , S V . Zhuravskyi , O M . Ignatenko , K O . Ivanenko , Yu V . Gornikov , M . T . Kartel , Yu . I . Sements ov . Syn- thesis and physico chemical properties of high quality expande d graphite // Himia, Fiz ika ta Tehnologia Poverhni, 2024. Vol.15, Issue 3, P. 378 389 https://doi.org/10.15407/hftp15.03.378

Yu V . Grebelna , E M . Demianenko , M I . Terets , Yu I . Sementso v , V V . Loban ov , A G . Grebenyuk , V S . Kuts , S V . Zhuravskyi , O V . Khora , M T . Kartel Quantu m chemical studies of the inter action of partially oxidized graphene like planes with each other Physics and chemistry of solid state V. 24, No. 2 (2023) pp. 269 277 Sec- tion: Chemistry DOI: 10.15330/pcss.24.2.269 277

Yu . V . Hrebelna , E . M . Demianenko , M . I . Terets , A . G . Grebenyuk , Yu . I . Semen- tsov , N . V . Sigareva , S . M . Makhno , M . T . Kartel. Theoretical study on the interaction of polychlorotrifluoroethylene fragments with graphene like planes // Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni, 2023. Vol.14, Issue 4, P. 534 545. https://doi.org/10.15407/hftp14.04.534

Morozovsky N.V., Barabash Yu.M., Grebelna Yu.V., Kartel M.T., Sementsov Yu.І., Dovbeshko G.I. Nonstationary thermophysical characterization of exfoliated graphite w ith carbon nanotubes composites // Low Temperature Physics, 49 (5), pp. 553 567 (2023). DOI 10.1063/10.0017817

V.M. Gun’ko, Yu.I. Sementsov, L.S. Andr iyko, Yu.M. Nychyporuk, O.I. Oranska, O.K. Matkovsky, Yu.V. Grebel’na , B. Charmas, J. Skubiszewska Zięba, M.T. Kartel . 2D nanostructured carbons: effects of oxidation and packing disordering. // Хімія, фізика та технологія поверхні. 2023. Т. 14. № 3. С. 27 5 299. ISSN 2079 1704.

Kodryk A., Nikulin A., Titenko A., Kirchu F., Sementsov Yu., Ivanenko K., Grebel’na Yu., Pokropivny A., Vaseashta A. Hydrocarbons Removal from Contami- nated Water by Using Expanded Graphite Sorbents. In: Vaseashta A., Maftei C. (ed s) Water Safety, Security and Sustainability. Advanced Sciences and Technologies for Security Applications. Spring er, Cham. 2021. pp 523 545. https://doi.org/10.1007/ 9 978 978--33--030030--7600876008--3_223_22

Sementsov Yu. Grebel’na Yu ., Strelchuk V., Dovbeshko G., Zhurav skyi S., Ma- khno S., Wang Bo, Kartel M. Ca rbon Carbon Composition “Expand ed Gra phite Multiwalled Carbon Nano tubes” International Journal of Mate rials Science and Applications. Vol. 8, No. 6, 2019, pp. 127 134. doi: 10.11648/j.ijmsa.20190806.16

Karte l M., Dovbeshko G., Karachevtseva L., Makhno S., Aleksyeyeva T., Grebel’na Yu ., Styopkin V., Wang Bo, Stubrov Yu, Sementsov Yu. Lamellar tures from graphene nanoparticles produced by anode oxidation. Advanced Materials Letters 2017, 8(3), p.212 216 ht tps://doi.org/ 10.5185/ amlett.2017.1428

Махно С.М., Лісова О.М., Гуня Г.М., Гребельна Ю.В ., Семенцов ЮІ, Картель М.Т . Властивості синтезованих графенів та системи поліхлортрифторетилен графени // Фізика і хімія твердого тіла. 2016. T. 17. № 3. С. 421 425.

Патент КНР CN 114134520B, від 09 грудня 2022 р. Заявка ZL 2021 1 1391432.6 від 23.11.2021 Електрохімічний спосіб приготування суспензії вуглецевих нанотрубок і графену. Дін Ан; Ван Бо; Ван Дунсін; Лі Тяньцзюнь; Семенцов ЮІ; Махно СМ; Картель М Т, Гождзінський СМ; Іваненко КО; Гребельна ЮВ

Патент України № 127634 , від 09.11.2023р. Заявка №a 2021 02263 від 28.04.2021 Бюл. № 45 від 08.11.2023 Спосіб електрохімічного одержання суспензії графену з вуглецевими нанотрубка Семенцов Ю І Махно С М Картель М Т Гождзінський С М Іваненко К О Гребельна Ю В Дін Анг, Ван Бо, Ван Дунсин, Ли Тяньцзюнь

Патент України № 123379 від 25.03.2021 Заявка № a201909143 від 06.08.2019. Бюл. № 12/2021 від 24.03.2021 Спосіб виготовлення композитного вугле цевого матеріалу Семенцов Ю. І., Гребельна Ю. В., Картель М. Т., Махно С. М., Журавський С.В., Ван Бо, Дин Анг.

Патент України № 123525. Заявка № a 201909142 від 06.08.2019. Бюл. № 15/2021 від14.04.2021 Спосіб виготовлення композитного вуглецевого матер іалу для графітової фольги . Семенцов Ю. І., Гребельна Ю. В ., Картель М. Т., Махно 10 С. М., Ігнатенко О.М., С. М., Ігнатенко О.М., Ван Бо, Дин АнгВан Бо, Дин Анг

Yu.V. Hrebelna , E.M. Demianenko, M.I. Terets, A.G. Grebenyuk, Yu.I. tsov, N.V. Sigareva, S.M. Makhno, M.T. Kartel Theoretical study on the interaction of polychlorotrifluoroethylene fragments with graphene like planes. Book of abstracts of Ukr ainian Conference with Interna tional Participation “Chemistry, Physics and Tech- nology of Surface” Kyiv, 2023. 11 12 October, 2023, Kyiv, Ukraine, P. 64.

Yu.V. Hrebelna , E.M. Demianenko, M.I. Terets, K.O. Ivanenko, Y. Shi, N.V. Vitiuk, M.T. Kartel, Yu.I. Sementsov Expanded graphite carbon nanotubes nano- composite materials. Book of abstracts of Ukrainian Conference with International Pa rticipation “Chemistry, Physics and Technology of Surface” Kyiv, 2023. 11 12 October, 2023, Kyiv, Ukraine, P. 65.

M.T. Kartel, V.S. Tolmachova, O.A Cherniuk., Yu. V. Hrebelna , Yu.I. Sementsov. Expanded graphite as the best sorbent for hydrocarbons // 2023 IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 1126 012025. doi:10.1088/1755 1315/1126/1/012025 17. K. Ivanenko, D. Wang, E. Demianenko, Y. Grebel'na M. Kartel and Y. Semen- tsov . Expanded Graphite Carbon Nanotubes Nanocomposite Materials . 2023 IEEE 13th Inter national Conference Nanomaterials: Applications & Properties (NAP), Bratislava, Slovakia, 2023, pp. IMT03 1 IMT03 6, doi: 10.1109/NAP59739.2023.10310835.

Sementsov Yu .І., Ivanenko K O ., Grebelna Yu V ., Kartel M T ., Karachevtseva L A ., Makhno S M ., Zhur avskyi S V ., Wang Bo , Yang Weiyou Obtaining technology of hybrid nano materials carbon nanotubes graphene nanoparticles . Materials Inter- national Meeting “Clusters and Nanostruc tured Materials” (CNM 6). Uzhgorod Vodograj Ukraine, 5 9 October 2020. P. 141 145

Yuli Shi, Stanislav Makhno, Mariya Terets, Yuliia Hrebelna , Kateryna Ivanenko, Mykola Kartel, Eugeniy Demianenko, Smail Hamamda and Yurii Sementsov. The carbon nanotubes, graphene nano particles their oxygen modified forms and compo- sites. The 2nd International Confer ence of Nanotechnology for Environmental Protec- tion and Clean Energy Production (IC NEP’2023). October 09 10, 2023, Constantine 11 – – Algeria. P. 54Algeria. P. 54--5555

Grebelna J V .., Makhno S M ., Sementsov Yu I Kartel M T Carbon carbon compo- site mat erial thermo expanded graphite carbon nanotubes. International research and practice conference “Nanotechnology and Nanomaterials (NANO 2019)2019): Book of ab- stracts Ukrainian Conference with International participation , Lviv , 23 30 August 2019. Р. 161

Morozovsky N.V. V.; Barabash Yu.M.; Grebelna Yu.V. V.; Kartel M.T.; Sementsov Yu.І.; Dovbeshko G.I. Non stationary thermophysical characterization of exfoliated graphite with carbon nanotubes composites Repository: arXiv9. December 2022. ISSN 23318422. DOI 10.48550/arXiv.2212.05036 arXiv:2212.05036 [condmat.mtrl sci] (or arXiv:2212.05036v1 [condmat.mtrlsci] for this version) https://doi.org/10.48550/arXiv.2212.05036

Mista V., Dovbesh ko G., Boiko V., Sementsov Yu., Grebel’na Yu ., Kartel M., Strek W. Nonlinear optical and thermophysical properties of exfoliated graphite/cnt nanocomposite as photocatalytic target for methanol reforming. Abstracts book of 21st International Conference on Dynamical Processes in Excited States of Solids (DPC 2022). September 04 09, 2022, Wrocław, Poland. P. 71 (P 12)

N.V. Morozovsky, Yu.M. Barabash, G.I. Dovbeshko, Yu.V. Grebelna , M.T. tel, Yu.I. Sementsov, J. Macutkevic, J. Banis. Thermophysical and electrophysical of exfoliated graphite carbon nanotubes composites International Advanced Re search Workshop “Thermal Conductivity of solid states at low temperature” in the f rame of the II International Ad vanced Study Conference “Condensed matter & low t empera- ture physics” CM&LTP 2021, 8 June 2021 Kharkiv, Ukraine Workshop, Program Book of Abstracts, Kharkiv 2021, p. 15

Morozovsky N V ., Barabash Yu M ., Dovbeshko G I Grebelna Yu V .., Kartel M T ., Sementsov Yu . Estimation of thermal diffusivity of expanded graphite carbon nano- tubes composites by heat pulse and thermowave methods. International research and practice conference “Nanotechnology and Nanomaterials (NANO 2018)2018): Book of ab- stracts Ukrainian Conferenc e with International participation , Kyiv , 27 30 August 2018. 12 Р. 3 Р. 35454..

Yu. Grebelna , S.Makhno, Yu. Sementsov. An effective method for graphene platelets production by anode oxidation of expanded graphite. Book of abstracts of Ukrainian Conference wit h International Participation “Chemistry, Physics and Tec h- nology of Surface” 17 18 May, 2016, Kyiv, Ukraine, P. 144

Читати повністю

Файли

autoreferat-Анотація Гребельна.pdf

ГребельнаЮВ_дісертація.pdf

Схожі дисертації

0824U003075

Чернюк Оксана Анатоліївна

Синтез, модифікування та застосування багатошарових вуглецевих нанотрубок для молекулярного армування склопластиків на основі епоксидних смол

0824U003048

Лук'янов Олег Олександрович

Фотоініційовані перетворення піримідин-2(1Н)-онів

0824U002962

Семено Володимир Володимирович

Синтез насичених біциклічних похідних з використанням електрофільної функціоналізації подвійного зв’язку та подальшого внутрішньомолекулярного алкілювання

0824U002993

Ляшук Олександр Сергійович

Реакції [2+2] та [3+2] циклоприєднання ненасичених боронатів

0824U002998

Андріашвілі Владислав Альбертович

ХЕМО- ТА СТЕРЕОСЕЛЕКТИВНИЙ СИНТЕЗ СУЛЬФОНАМІДІВ